KR20200043999A - Imaging elements, stacked imaging elements and solid-state imaging devices - Google Patents
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Abstract
고체 촬상 소자는, 제1 촬상 소자와 제2 촬상 소자와 제3 촬상 소자와 온 칩·마이크로·렌즈(90)를 구비한 화소를 가지며, 제1 촬상 소자는 제1 전극(11)과 제3 전극(12)과 제2 전극(16)을 구비하고, 화소는, 제3 전극(12)에 접속한 제3 전극 제어선(VOA)과, 제2 촬상 소자 및 제3 촬상 소자에 구비된 각종 트랜지스터의 각각에 접속되고, 제3 전극 제어선(VOA)과는 다른 복수개의 제어선(62B)을 또한 구비하고, 화소는, 화소에 구비되는 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심과, 그 화소에 구비되는 상기 복수개의 제어선(62B)의 어느 하나 사이의 거리가, 그 화소에 구비되는 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심과 그 화소에 구비되는 상기 제3 전극 제어선(VOA) 사이의 거리보다도 작다.The solid-state imaging element has a pixel having a first imaging element, a second imaging element, a third imaging element, and an on-chip micro-lens 90, and the first imaging element includes a first electrode 11 and a third An electrode 12 and a second electrode 16 are provided, and the pixels are provided in a third electrode control line (VOA) connected to the third electrode 12, a second imaging element and a third imaging element. A plurality of control lines 62B, which are connected to each of the transistors and different from the third electrode control line VAO, are also provided, and the pixel has a center of the on-chip micro-lens 90 provided in the pixel, The distance between any one of the plurality of control lines 62B provided in the pixel is the center of the on-chip micro lens 90 provided in the pixel and the third electrode control line provided in the pixel ( VOA).
Description
본 개시는, 촬상 소자, 적층형 촬상 소자 및 고체 촬상 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to an imaging device, a stacked imaging device, and a solid-state imaging device.
광전변환층에 유기 반도체 재료를 사용하는 촬상 소자는, 특정한 색(파장대)을 광전변환하는 것이 가능하다. 그리고, 이와 같은 특징을 갖기 때문에, 고체 촬상 장치에서의 촬상 소자로서 이용하는 경우, 온 칩·컬러 필터(OCCF)와 촬상 소자와의 조합으로 부화소가 이루어지고, 부화소가 2차원 배열되어 있다, 종래의 고체 촬상 장치에서는 불가능한, 부화소를 적층한 구조(적층형 촬상 소자)를 얻는 것이 가능하다(예를 들면, 특개2011-138927 참조). 또한, 디모자이크 처리를 필요로 하지 않음으로써, 위색이 발생하지 않는다는 이점이 있다. 또한, 이하의 설명에서, 반도체 기판의 위 또는 상방에 마련된 광전변환부를 구비한 촬상 소자를, 편의상, 『제1 타입의 촬상 소자』라고 부르고, 제1 타입의 촬상 소자를 구성하는 광전변환부를, 편의상, 『제1 타입의 광전변환부』라고 부르고, 반도체 기판 내에 마련된 촬상 소자를, 편의상, 『제2 타입의 촬상 소자』라고 부르고, 제2 타입의 촬상 소자를 구성하는 광전변환부를, 편의상, 『제2 타입의 광전변환부』라고 부르는 경우가 있다.An imaging element using an organic semiconductor material for the photoelectric conversion layer can photoelectrically convert a specific color (wavelength band). And, since it has such characteristics, when used as an imaging element in a solid-state imaging device, a sub-pixel is formed by a combination of an on-chip color filter (OCCF) and an imaging element, and the sub-pixels are two-dimensionally arranged. It is possible to obtain a structure in which subpixels are stacked (stacked image pickup device), which is impossible with a conventional solid-state imaging device (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-138927). In addition, there is an advantage that false color does not occur by not requiring a demosaicing treatment. In addition, in the following description, an imaging element provided with a photoelectric conversion portion provided on or above a semiconductor substrate is referred to as " first type imaging element " for convenience, and a photoelectric conversion portion constituting the first type imaging element, For convenience, the " first type photoelectric conversion unit ", and the imaging element provided in the semiconductor substrate, for convenience, is referred to as " second type imaging element ", and the photoelectric conversion unit constituting the second type imaging element, for convenience, Sometimes referred to as "second type photoelectric conversion unit".
도 60에 종래의 적층형 촬상 소자(적층형 고체 촬상 장치)의 구조례를 도시한다. 도 60에 도시하는 예에서는, 반도체 기판(370) 내에, 제2 타입의 촬상 소자인 제3 촬상 소자(330) 및 제2 촬상 소자(320)을 구성하는 제2 타입의 광전변환부인 제3광전변환부(331) 및 제2광전변환부(321)가 적층되고, 형성되어 있다. 또한, 반도체 기판(370)의 상방(구체적으로는, 제2 촬상 소자(320)의 상방)에는, 제1 타입의 광전변환부인 제1광전변환부(311)가 배치되어 있다. 여기서, 제1광전변환부(311)는, 제1 전극(311), 유기 재료로 이루어지는 광전변환층(315), 제2 전극(311)을 구비하고 있고, 제1 타입의 촬상 소자인 제1 촬상 소자(310)를 구성한다. 제2광전변환부(321) 및 제3광전변환부(331)에서는, 흡수 계수의 차이에 의해, 각각, 예를 들면, 청색 및 적색의 광이 광전변환된다. 또한, 제1광전변환부(311)에서는, 예를 들면, 녹색의 광이 광전변환된다.Fig. 60 shows a structural example of a conventional stacked imaging device (stacked solid-state imaging device). In the example shown in FIG. 60, in the
제2광전변환부(321) 및 제3광전변환부(331)에서 광전변환에 의해 생성한 전하는, 이들의 제2광전변환부(321) 및 제3광전변환부(331)에 일단 축적된 후, 각각, 종형 트랜지스터(게이트부(322)를 도시한다)와 전송 트랜지스터(게이트부(332)를 도시한다)에 의해 제2 부유 확산층(Floating Diffusion)(FD2) 및 제3 부유 확산층(FD3)에 전송되고, 또한, 외부의 판독 회로(도시 생략)에 출력된다. 이들의 트랜지스터 및 부유 확산층(FD2, FD3)도 반도체 기판(370)에 형성되어 있다.After the charges generated by the photoelectric conversion in the second
제1광전변환부(311)에서 광전변환에 의해 생성한 전하는, 콘택트 홀부(361), 배선층(362)을 통하여, 반도체 기판(370)에 형성된 제1 부유 확산층(FD1)에 축적된다. 또한, 제1광전변환부(311)는, 콘택트 홀부(361), 배선층(362)을 통하여, 전하량을 전압으로 변환하는 증폭 트랜지스터의 게이트부(318)에도 접속되어 있다. 그리고, 제1 부유 확산층(FD1)은, 리셋·트랜지스터(게이트부(317)를 도시한다)의 일부를 구성하고 있다. 또한, 참조 번호 371은 소자 분리 영역이고, 참조 번호 372는 반도체 기판(370)의 표면에 형성된 산화막이고, 참조 번호 376, 381은 층간 절연층이고, 참조 번호 383은 보호층이고, 참조 번호 390은 온 칩·마이크로·렌즈이다.The charge generated by the photoelectric conversion in the first
그런데, 제2광전변환부(321) 및 제3광전변환부(331)에서 광전변환에 의해 생성한 전하는, 제2광전변환부(321) 및 제3광전변환부(331)에 일단 축적된 후, 제2 부유 확산층(FD2) 및 제3 부유 확산층(FD3)에 전송된다. 그러므로, 제2광전변환부(321) 및 제3광전변환부(331)를 완전 공핍화할 수 있다. 그렇지만, 제1광전변환부(311)에서 광전변환에 의해 생성한 전하는, 직접, 제1 부유 확산층(FD1)에 축적된다. 그러므로, 제1광전변환부(311)를 완전 공핍화하는 것은 곤란하다. 그리고, 이상의 결과, kTC 노이즈가 커지고, 랜덤 노이즈가 악화하고, 촬상 화질의 저하를 가져온다. 또한, 제1광전변환부(311)에서 광전변환에 의해 생성한 전하를, 한층 용이하게, 또한, 확실하게 전송하는 것에 대한 강한 요망도 있다. 나아가서는, 복수의 촬상 소자가 배열된 화소 영역에서의 구성, 구조의 간소화, 미세화에 대한 강한 요망도 있다.By the way, after the electric charges generated by the photoelectric conversion in the second
따라서 본 개시의 제1의 목적은, 반도체 기판의 위 또는 상방에 광전변환부가 배치된 촬상 소자로서, 촬상 화질의 저하를 억제할 수 있고, 게다가, 광전변환에 의해 생성한 전하를, 한층 용이하게, 또한, 확실하게 전송하는 것을 가능하게 하는 구성, 구조의 촬상 소자, 이들의 촬상 소자로 구성된 적층형 촬상 소자, 이들의 촬상 소자 또는 적층형 촬상 소자를 구비한 고체 촬상 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 개시의 제2의 목적은, 반도체 기판의 위 또는 상방에 광전변환부가 배치된 촬상 소자로서, 촬상 화질의 저하를 억제할 수 있는 촬상 소자를 복수가지며, 게다가, 촬상 소자가 복수 배열된 화소 영역에서의 구성, 구조를 간소화, 미세화할 수 있는 고체 촬상 장치를 제공하는 것에 있다.Therefore, the first object of the present disclosure is an imaging element in which a photoelectric conversion section is disposed above or above a semiconductor substrate, and it is possible to suppress the deterioration of image quality, and furthermore, the charge generated by photoelectric conversion can be further easily performed. Moreover, it is providing the solid-state imaging device provided with the imaging element of the structure and structure which makes it possible to transmit reliably, the laminated imaging element comprised of these imaging elements, these imaging elements, or the laminated imaging element. In addition, a second object of the present disclosure is an imaging element in which a photoelectric conversion section is disposed above or above a semiconductor substrate, which has a plurality of imaging elements capable of suppressing deterioration of imaging quality, and in addition, a plurality of imaging elements are arranged. It is to provide a solid-state imaging device capable of simplifying and miniaturizing the structure and structure in a pixel region.
상기한 제1의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제1의 양태∼제6의 양태에 관한 촬상 소자는,The imaging elements according to the first aspect to the sixth aspect of the present disclosure for achieving the above-described first object,
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비하고 있고,The photoelectric conversion unit is further provided with an electrode for electric charge accumulation, which is disposed apart from the first electrode and is disposed to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer.
광전변환부는, N개(단, N≥2)의 광전변환부 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion section is composed of N (however, N≥2) photoelectric conversion section segments,
광전변환층은, N개의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion layer is composed of N photoelectric conversion layer segments,
절연층은, N개의 절연층 세그먼트로 구성되어 있고,The insulating layer is composed of N insulating layer segments,
본 개시의 제1의 양태∼제3의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 전하 축적용 전극은, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트로 구성되어 있고,In the imaging elements according to the first to third aspects of the present disclosure, the electrode for charge accumulation is composed of N electrode segments for charge accumulation,
본 개시의 제4의 양태∼제5의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 전하 축적용 전극은, 상호 이간되어 배치된, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트로 구성되어 있고,In the imaging elements according to the fourth to fifth aspects of the present disclosure, the electrodes for accumulating charges are composed of N electrode segments for accumulating charges, which are disposed apart from each other,
제n번째(단, n=1, 2, 3 … N)의 광전변환부 세그먼트는, 제n번째의 전하 축적용 전극 세그먼트, 제n번째의 절연층 세그먼트 및 제n번째의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The n-th (however, n = 1, 2, 3 ... N) photoelectric conversion section segments are the n-th charge accumulation electrode segment, the n-th insulating layer segment, and the n-th photoelectric conversion layer segment. Is composed,
n의 값이 큰 광전변환부 세그먼트일수록, 제1 전극부터 떨어져서 위치한다.The larger the value of n is, the larger the segment of the photoelectric conversion part is, which is located away from the first electrode.
그리고, 본 개시의 제1의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 절연층 세그먼트의 두께가, 점차, 변화하고 있다.In the imaging device according to the first aspect of the present disclosure, the thickness of the insulating layer segment gradually changes from the first photoelectric conversion section segment to the Nth photoelectric conversion section segment.
또한, 본 개시의 제2의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 변화하고 있다.In addition, in the imaging device according to the second aspect of the present disclosure, the thickness of the photoelectric conversion layer segment gradually changes from the first photoelectric conversion section segment to the Nth photoelectric conversion section segment.
또한, 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 인접하는In addition, in the imaging element according to the third aspect of the present disclosure, adjacent
광전변환부 세그먼트에서, 절연층 세그먼트를 구성하는 재료가 다르다.In the photoelectric conversion section segment, the materials constituting the insulating layer segment are different.
또한, 본 개시의 제4의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 인접하는 광전변환부 세그먼트에서, 전하 축적용 전극 세그먼트를 구성하는 재료가 다르다.In addition, in the imaging element according to the fourth aspect of the present disclosure, the materials constituting the electrode segments for charge accumulation are different in the adjacent photoelectric conversion section segments.
또한, 본 개시의 제5의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 전하 축적용 전극 세그먼트의 면적이, 점차, 작게 되어 있다. 또한, 면적은, 연속적으로 작게 되어 있어도 좋고, 계단형상으로 작게 되어 있어도 좋다.In addition, in the imaging element according to the fifth aspect of the present disclosure, the area of the electrode segment for charge accumulation gradually decreases from the first photoelectric conversion section segment to the Nth photoelectric conversion section segment. In addition, the area may be continuously small or may be small in the shape of a staircase.
상기한 제1의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제6의 양태는,A sixth aspect of the present disclosure for achieving the above first object,
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비하고 있고,The photoelectric conversion unit is further provided with an electrode for electric charge accumulation, which is disposed apart from the first electrode and is disposed to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer.
전하 축적용 전극과 절연층과 광전변환층의 적층 방향을 Z방향, 제1 전극부터 떨어지는 방향을 X방향으로 하였을 때, YZ 가상평면으로 전하 축적용 전극과 절연층과 광전변환층이 적층된 적층부분을 절단한 때의 적층부분의 단면적은, 제1 전극부터의 거리에 의존하여 변화한다. 또한, 단면적의 변화는, 연속적인 변화라도 좋고, 계단형상의 변화라도 좋다.When the stacking direction of the electrode for accumulating charge, the insulating layer and the photoelectric conversion layer is set to the Z direction, and the direction from the first electrode to the X direction, the stacking of the charge accumulating electrode, the insulating layer and the photoelectric conversion layer in the YZ virtual plane is stacked. The cross-sectional area of the laminated portion at the time of cutting the portion varies depending on the distance from the first electrode. Further, the change in the cross-sectional area may be a continuous change or a step-like change.
상기한 제1의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 적층형 촬상 소자는, 본 개시의 제1의 양태∼제6의 양태에 관한 촬상 소자를 적어도 하나 갖는다.The stacked-type imaging element of the present disclosure for achieving the above-mentioned first object has at least one imaging element according to the first to sixth aspects of the present disclosure.
상기한 제2의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제1의 양태에 관한 고체 촬상 장치는,A solid-state imaging device according to a first aspect of the present disclosure for achieving the above-described second object,
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비한 촬상 소자를, 복수, 갖고 있고,The photoelectric conversion section further has a plurality of imaging elements provided with electrodes for charge accumulation, which are disposed spaced apart from the first electrode and are arranged to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer,
복수의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있고,The imaging element block is composed of a plurality of imaging elements,
촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자에서 제1 전극이 공유되어 있다.The first electrode is shared by a plurality of imaging elements constituting the imaging element block.
상기한 제2의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제2의 양태에 관한 고체 촬상 장치는, 본 개시의 제1의 양태∼제7의 양태에 관한 촬상 소자를, 복수, 갖고 있고,The solid-state imaging device according to the second aspect of the present disclosure for achieving the second object described above has a plurality of imaging elements according to the first to seventh aspects of the present disclosure,
복수의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있고,The imaging element block is composed of a plurality of imaging elements,
촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자에서 제1 전극이 공유되어 있다.The first electrode is shared by a plurality of imaging elements constituting the imaging element block.
상기한 제1의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제3의 양태에 관한 고체 촬상 장치는, 본 개시의 제1의 양태∼제6의 양태에 관한 촬상 소자를, 복수, 구비하고 있다. 또한, 상기한 제1의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치는, 본 개시의 적층형 촬상 소자를, 복수, 구비하고 있다.The solid-state imaging device according to the third aspect of the present disclosure for achieving the above-described first object is provided with a plurality of imaging elements according to the first to sixth aspects of the present disclosure. In addition, the solid-state imaging device according to the fourth aspect of the present disclosure for achieving the above-described first object includes a plurality of stacked-type imaging devices of the present disclosure.
또한, 본 개시의 고체 촬상 소자는,In addition, the solid-state imaging device of the present disclosure,
제1 촬상 소자와,A first imaging element,
제2 촬상 소자와,A second imaging element,
상기 제2 촬상 소자에 전기적으로 접속한, 제1 전송 트랜지스터 및 제1 리셋 트랜지스터 및 제1 선택 트랜지스터와,A first transfer transistor, a first reset transistor, and a first selection transistor electrically connected to the second imaging element;
제3 촬상 소자와,A third imaging element,
상기 제3 촬상 소자에 전기적으로 접속한, 제2 전송 트랜지스터 및 제2 리셋 트랜지스터 및 제2 선택 트랜지스터와,A second transfer transistor, a second reset transistor, and a second selection transistor electrically connected to the third imaging element,
온 칩·마이크로·렌즈를 구비한 화소를 가지며,Has a pixel with on-chip micro-lens,
상기 제1 촬상 소자는, 제1 전극과, 제3 전극과, 상기 제1 및 제3 전극에 대향하는 제2 전극을 구비하고,The first imaging element includes a first electrode, a third electrode, and a second electrode opposite to the first and third electrodes,
상기 화소는,The pixel,
상기 제3 전극에 접속한 제3 전극 제어선과,A third electrode control line connected to the third electrode,
상기 제1 전송 트랜지스터와, 상기 제1 리셋 트랜지스터와, 상기 제1 선택 트랜지스터와, 상기 제2 전송 트랜지스터와, 상기 제2 리셋 트랜지스터와, 상기 제2 선택 트랜지스터의 각각에 접속하고, 상기 제3 전극 제어선과는 다른, 복수개의 제어선을 또한 구비하고,Connected to each of the first transfer transistor, the first reset transistor, the first select transistor, the second transfer transistor, the second reset transistor, and the second select transistor, and the third electrode It is also provided with a plurality of control lines, different from the control lines,
또한, 상기 화소는,In addition, the pixel,
그 화소에 구비되는 온 칩·마이크로·렌즈의 중심과, 그 화소에 구비되는 상기 복수개의 제어선의 어느 하나 사이의 거리가, 그 화소에 구비되는 온 칩·마이크로·렌즈의 중심과 그 화소에 구비되는 상기 제3 전극 제어선 사이의 거리보다도 작다. 이에 의해, 제3 전극 제어선을, 온 칩·마이크로·렌즈 중심으로부터 가능한 한 떨어진 영역에 배치함으로써, 이 구조를 구비하지 않은 고체 촬상 장치보다도, 제3 전극 제어선에 의한 제2 촬상 소자와 제3 촬상 소자에의 광의 입사의 저해가 일어나지 않고, 고체 촬상 장치의 감도를 높게할 수 있다.The distance between the center of the on-chip micro-lens provided in the pixel and any one of the plurality of control lines provided in the pixel is provided in the center of the on-chip micro-lens provided in the pixel and the pixel. Is smaller than the distance between the third electrode control lines. In this way, by arranging the third electrode control line in a region as far as possible from the center of the on-chip / micro-lens, the second imaging element and the second imaging element by the third electrode control line are produced, compared to the solid-state imaging device without this structure. 3 Inhibition of the incidence of light into the imaging element does not occur, and the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased.
또한, 본 개시의 고체 촬상 장치에서,In addition, in the solid-state imaging device of the present disclosure,
화소는,The pixel,
제1 촬상 소자와,A first imaging element,
제2 촬상 소자와,A second imaging element,
제3 촬상 소자와,A third imaging element,
온 칩·마이크로·렌즈를 구비하고,With on-chip micro-lens,
제1 전극 내접원 중심과 온 칩·마이크로·렌즈 중심 사이의 거리(d4), 또는, 부유 확산 영역 내접원 중심과 온 칩·마이크로·렌즈 중심 사이의 거리(d5)보다도, 전하 축적용 전극 내접원 중심과 온 칩·마이크로·렌즈 중심 사이의 거리(d1)와, 제2 촬상 소자 내접원 중심과 온 칩·마이크로·렌즈 중심 사이의 거리(d2)와, 제3 촬상 소자 내접원 중심과 온 칩·마이크로·렌즈 중심 사이의 거리(d3)가 작다. 이와 같이, 부유 확산 영역 또는 제1 전극을 온 칩·마이크로·렌즈 중심으로부터 가능한 한 떨어진 영역에 배치함으로써, 이 구조를 구비하지 않은 고체 촬상 장치보다도 제2 촬상 소자, 제3 촬상 소자의 면적을 크게할 수 있고, 고체 촬상 장치의 감도를 높게할 수 있다.The distance (d4) between the center of the first electrode inscribed circle and the center of the on-chip / micro-lens, or the distance (d5) between the center of the floating diffusion region inscribed and the center of the on-chip / micro-lens, and the center of the electrode inscribed for charge accumulation The distance (d1) between the on-chip micro-lens center, the distance (d2) between the second imaging element inscribed circle center and the on-chip micro-lens center, and the third imaging element inscribed circle center and the on-chip micro-lens The distance d3 between the centers is small. Thus, by arranging the floating diffusion region or the first electrode as far as possible from the on-chip, micro-lens center, the area of the second imaging element and the third imaging element is larger than that of the solid-state imaging device without this structure. It is possible to increase the sensitivity of the solid-state imaging device.
또한, 본 개시의 고체 촬상 소자는,In addition, the solid-state imaging device of the present disclosure,
제1 촬상 소자와,A first imaging element,
상기 제1 촬상 소자에 전기적으로 접속한 제1 부유 확산 영역과,A first floating diffusion region electrically connected to the first imaging element,
제2 촬상 소자와,A second imaging element,
상기 제2 촬상 소자에 전기적으로 접속한 제2 부유 확산 영역과,A second floating diffusion region electrically connected to the second imaging element,
제3 촬상 소자와,A third imaging element,
상기 제3 촬상 소자에 전기적으로 접속한 제3 부유 확산 영역과,A third floating diffusion region electrically connected to the third imaging element,
온 칩·마이크로·렌즈를 구비한 화소를 가지며,Has a pixel with on-chip micro-lens,
상기 제1 촬상 소자는, 제1 전극과, 제3 전극과, 상기 제1 및 제3 전극에 대향하는 제2 전극을 구비하고,The first imaging element includes a first electrode, a third electrode, and a second electrode opposite to the first and third electrodes,
상기 제1 내지 제3 부유 확산층의 각각의 중심의 어느 것도,Any of the centers of each of the first to third floating diffusion layers,
상기 제3 전극의 내접원보다도 외측, 또는,Outside the inscribed circle of the third electrode, or
상기 제3 전극의 외형선보다도 외측, 또는,Outside the outline of the third electrode, or
상기 제3 전극의 외접원보다도 외측에 배치하고 있다. 이와 같이, 부유 확산 영역을 온 칩·마이크로·렌즈(L) 중심으로부터 가능한 한 떨어진 영역에 배치함으로써, 이 구조를 구비하지 않은 고체 촬상 장치보다도, 제3 전극과 제2 촬상 소자와 제3 촬상 소자의 면적을 크게 할 수 있고, 고체 촬상 장치의 감도를 높게할 수 있다.It is arranged outside the circumscribed circle of the third electrode. In this way, by placing the floating diffusion region as far as possible from the center of the on-chip / micro-lens L, the third electrode, the second imaging element, and the third imaging element are compared to the solid-state imaging device without this structure. The area of can be increased, and the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased.
또한, 본 개시의 고체 촬상 소자는,In addition, the solid-state imaging device of the present disclosure,
제1 촬상 소자와,A first imaging element,
제2 촬상 소자와,A second imaging element,
상기 제2 촬상 소자에 전기적으로 접속한, 제1 전송 트랜지스터 및 제1 리셋 트랜지스터 및 제1 선택 트랜지스터와,A first transfer transistor, a first reset transistor, and a first selection transistor electrically connected to the second imaging element;
제3 촬상 소자와,A third imaging element,
상기 제3 촬상 소자에 전기적으로 접속한, 제2 전송 트랜지스터 및 제2 리셋 트랜지스터 및 제2 선택 트랜지스터와,A second transfer transistor, a second reset transistor, and a second selection transistor electrically connected to the third imaging element,
온 칩·마이크로·렌즈를 구비한 화소를 가지며,Has a pixel with on-chip micro-lens,
상기 제1 촬상 소자는, 제1 전극과, 제3 전극과, 상기 제1 및 제3 전극에 대향하는 제2 전극을 구비하고,The first imaging element includes a first electrode, a third electrode, and a second electrode opposite to the first and third electrodes,
상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이의 최소 거리보다도, 상기 제1 및 제2 전송 트랜지스터와 상기 제1 및 제2 리셋 트랜지스터와 상기 제1 및 제2 선택 트랜지스터에서 최소가 되는 채널 길이의 쪽이 짧다. 이와 같이, 부유 확산 영역을 온 칩·마이크로·렌즈 중심으로부터 가능한 한 떨어진 영역에 배치함으로써, 이 구조를 구비하지 않은 고체 촬상 장치보다도, 제3 전극과 제2 촬상 소자와 제3 촬상 소자의 면적을 크게 할 수 있고, 고체 촬상 장치의 감도를 높게할 수 있다.The channel length that becomes the minimum in the first and second transfer transistors, the first and second reset transistors, and the first and second selection transistors is smaller than the minimum distance between the third electrode and the first electrode. short. As described above, by arranging the floating diffusion region as far as possible from the center of the on-chip / micro-lens, the area of the third electrode, the second imaging element, and the third imaging element is higher than that of the solid-state imaging device without this structure. It can be enlarged, and the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased.
또한, 본 개시의 고체 촬상 장치는,In addition, the solid-state imaging device of the present disclosure,
화소 내에,Within the pixel,
제1 촬상 소자와,A first imaging element,
제2 촬상 소자와,A second imaging element,
제3 촬상 소자와,A third imaging element,
온 칩·마이크로·렌즈를 구비하고,With on-chip micro-lens,
상기 제1 촬상 소자는,The first imaging element,
제1 전극과, 제3 전극과, 상기 제1 및 제3 전극에 대향하는 제2 전극을 구비하고,A first electrode, a third electrode, and a second electrode opposite to the first and third electrodes are provided.
상기 제3 전극의 면적은, 상기 제3 촬상 소자보다도 크다. 이와 같이, 제3 전극의 면적을, 제3 촬상 소자의 면적보다도 크게 함으로써, 이 구조를 구비하지 않은 고체 촬상 장치보다도, 녹광(綠光)에의 감도를 높게할 수 있다. 또한, 상기 제3 전극의 면적은, 상기 제2 촬상 소자보다도 작은 것이 바람직하다.The area of the third electrode is larger than that of the third imaging element. Thus, by making the area of the third electrode larger than the area of the third imaging element, the sensitivity to green light can be made higher than that of the solid-state imaging device without this structure. Moreover, it is preferable that the area of the third electrode is smaller than that of the second imaging element.
본 개시의 제1의 양태∼제6의 양태에 관한 촬상 소자, 본 개시의 적층형 촬상 소자를 구성하는 본 개시의 촬상 소자, 본 개시의 제1의 양태∼제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치를 구성하는 본 개시의 촬상 소자에서는, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극이 구비되어 있기 때문에, 광전변환부에 광이 조사되고, 광전변환부에서 광전변환될 때, 광전변환층의 전하를 축적할 수 있다. 그러므로, 노광 시작시, 전하 축적부를 완전 공핍화하여, 전하를 소거하는 것이 가능해진다. 그 결과, kTC 노이즈가 커지고, 랜덤 노이즈가 악화하고, 촬상 화질의 저하를 가져온다는 현상의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 개시의 제1의 양태∼제6의 양태에 관한 촬상 소자, 이들의 촬상 소자를 적용한 본 개시의 적층형 촬상 소자나 본 개시의 제1의 양태∼제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 절연층 세그먼트의 두께가 규정되고, 또는 또한, 광전변환층 세그먼트의 두께가 규정되고, 또는 또한, 절연층 세그먼트를 구성하는 재료가 다르고, 또는 또한, 전하 축적용 전극 세그먼트를 구성하는 재료가 다르고, 또는 또한, 전하 축적용 전극 세그먼트의 면적이 규정되고, 또는 또한, 적층부분의 단면적이 규정되어 있기 때문에, 일종의 전하 전송 구배가 형성되어, 광전변환에 의해 생성한 전하를, 한층 용이하게, 또한, 확실하게, 제1 전극에 전송하는 것이 가능해진다. 그리고, 그 결과, 잔상의 발생이나 전송 잔재의 발생을 방지할 수 있다. 나아가서는, 본 개시의 제1의 양태∼제2의 양태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자에서 제1 전극이 공유되어 있기 때문에, 촬상 소자가 복수 배열된 화소 영역에서의 구성, 구조를 간소화, 미세화할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니고, 또한, 부가적인 효과가 있어도 좋다.An imaging device according to the first to sixth aspects of the present disclosure, an imaging device of the present disclosure constituting the stacked imaging device of the present disclosure, and a solid-state imaging device according to the first to fourth aspects of the present disclosure. In the imaging device of the present disclosure, the photoelectric conversion unit is irradiated with light because an electrode for electric charge accumulation is disposed spaced apart from the first electrode and disposed opposite to the photoelectric conversion layer through the insulating layer. , When photoelectric conversion is performed in the photoelectric conversion unit, charges of the photoelectric conversion layer may be accumulated. Therefore, at the start of exposure, it becomes possible to completely deplete the charge accumulation portion and erase the charge. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a phenomenon that kTC noise becomes large, random noise deteriorates, and image quality deteriorates. In addition, in the imaging elements according to the first to sixth aspects of the present disclosure, the multilayered imaging elements of the present disclosure to which these imaging elements are applied, or the solid-state imaging devices according to the first to fourth aspects of the present disclosure , The thickness of the insulating layer segment is defined, or the thickness of the photoelectric conversion layer segment is defined, or the materials constituting the insulating layer segment are different, or the materials constituting the electrode segment for charge accumulation are different, , Or In addition, since the area of the electrode segment for accumulating charge is defined, or, in addition, the cross-sectional area of the stacked portion is defined, a kind of charge transfer gradient is formed, so that the charge generated by photoelectric conversion can be easily and , Surely, it becomes possible to transfer to the first electrode. And, as a result, generation of an afterimage or generation of a transfer residue can be prevented. Furthermore, in the solid-state imaging device according to the first aspect to the second aspect of the present disclosure, since the first electrodes are shared by a plurality of imaging elements constituting the imaging element block, a pixel region in which a plurality of imaging elements are arranged It is possible to simplify and refine the structure and structure in. In addition, the effects described in the present specification are merely examples and are not limited, and may have additional effects.
도 1은, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도.
도 2는, 실시례 1의 촬상 소자에서의 전하 축적용 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층된 부분을 확대한 모식적인 일부 단면도.
도 3은, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 등가 회로도.
도 4는, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 등가 회로도.
도 5는, 실시례 1의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극 및 전하 축적용 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 모식적인 배치도.
도 6은, 실시례 1의 촬상 소자의 동작시의 각 부위에서의 전위의 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 7은, 실시례 1의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극 및 전하 축적용 전극의 모식적인 배치도.
도 8은, 실시례 1의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극, 전하 축적용 전극, 제2 전극 및 콘택트 홀부의 모식적인 투시 사시도.
도 9는, 실시례 1의 고체 촬상 장치의 개념도.
도 10은, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 변형례의 등가 회로도.
도 11은, 도 10에 도시한 실시례 1의 촬상 소자의 변형례를 구성하는 제1 전극 및 전하 축적용 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 모식적인 배치도.
도 12는, 실시례 2의 촬상 소자에서의 전하 축적용 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층된 부분을 확대한 모식적인 일부 단면도.
도 13은, 실시례 3의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도.
도 14는, 실시례 4 및 실시례 5의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도.
도 15A 및 도 15B는, 실시례 5에서의 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 16A 및 도 16B는, 실시례 5에서의 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 17은, 실시례 5의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 등가 회로도.
도 18은, 실시례 5의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 등가 회로도.
도 19는, 실시례 5의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극 및 전하 축적용 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 모식적인 배치도.
도 20은, 실시례 5의 촬상 소자의 동작시의 각 부위에서의 전위의 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 21은, 실시례 5의 촬상 소자의 다른 동작시(전송시)의 각 부위에서의 전위의 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 22는, 실시례 5의 촬상 소자의 변형례를 구성하는 제1 전극 및 전하 축적용 전극의 모식적인 배치도.
도 23은, 실시례 6 및 실시례 5의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도.
도 24A 및 도 24B는, 실시례 6에서의 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 25는, 실시례 7의 고체 촬상 장치에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 26은, 실시례 7의 고체 촬상 장치의 제1 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 27은, 실시례 7의 고체 촬상 장치의 제2 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 28은, 실시례 7의 고체 촬상 장치의 제3 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 29는, 실시례 7의 고체 촬상 장치의 제4 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 30은, 실시례 7의 고체 촬상 장치의 제5 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 31은, 실시례 7의 고체 촬상 장치의 제6 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 32는, 실시례 7의 고체 촬상 장치의 제7 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 33은, 실시례 7의 고체 촬상 장치의 제8 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 34는, 실시례 7의 고체 촬상 장치의 제9 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 35A, 도 35B 및 도 35C는, 실시례 7의 촬상 소자 블록에서의 판독 구동례를 도시하는 차트.
도 36은, 실시례 8의 고체 촬상 장치에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 37은, 실시례 8의 고체 촬상 장치의 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 38은, 실시례 8의 고체 촬상 장치의 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 39는, 실시례 8의 고체 촬상 장치의 변형례에서의 제1 전극 및 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도.
도 40은, 실시례 9의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도.
도 41은, 실시례 10의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도.
도 42는, 실시례 10의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 변형례의 모식적인 일부 단면도.
도 43은, 실시례 10의 촬상 소자의 다른 변형례의 모식적인 일부 단면도.
도 44는, 실시례 10의 촬상 소자의 또 다른 변형례의 모식적인 일부 단면도.
도 45는, 실시례 11의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 일부분의 모식적인 일부 단면도.
도 46은, 실시례 11의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극, 전하 축적용 전극 및 전하 배출 전극의 모식적인 배치도.
도 47은, 실시례 11의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극, 전하 축적용 전극, 전하 배출 전극, 제2 전극 및 콘택트 홀부의 모식적인 투시 사시도.
도 48은, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 다른 변형례의 모식적인 일부 단면도.
도 49는, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 또 다른 변형례의 모식적인 일부 단면도.
도 50A, 도 50B 및 도 50C는, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 또 다른 변형례의 제1 전극의 부분 등이 확대된 모식적인 일부 단면도.
도 51은, 실시례 11의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 다른 변형례의 전하 배출 전극의 부분 등이 확대된 모식적인 일부 단면도.
도 52는, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 또 다른 변형례의 모식적인 일부 단면도.
도 53은, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 또 다른 변형례의 모식적인 일부 단면도.
도 54는, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 또 다른 변형례의 모식적인 일부 단면도.
도 55는, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 또 다른 변형례의 모식적인 일부 단면도.
도 56은, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 또 다른 변형례의 모식적인 일부 단면도.
도 57은, 실시례 1의 촬상 소자의 변형례에서의 전하 축적용 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층된 부분을 확대한 모식적인 일부 단면도.
도 58은, 실시례 2의 촬상 소자의 변형례에서의 전하 축적용 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층된 부분을 확대한 모식적인 일부 단면도.
도 59는, 본 개시의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자로 구성된 고체 촬상 장치를 전자 기기(카메라)를 이용한 예의 개념도.
도 60은, 종래의 적층형 촬상 소자(적층형 고체 촬상 장치)의 개념도.
도 61은, 실시례 12의 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도.
도 62는, 실시례 12에서의 4화소분의 적층형 촬상 소자의 등가 회로도.
도 63은, 실시례 12의 고체 촬상 장치에 구비되는 화소 어레이의 일부의 평면 구조를 도시하는 도면.
도 64는, 도 63과 같은 도면에서의 반복단위 하나의 외형선을 태선으로 도시함과 함께, 반복단위 1개 구비되는 각 트랜지스터의 위치를 도시한 도면.
도 65는, 도 63과 같은 도면에서, 도 64에 기재된 반복단위가, 화소 어레이(111)의 로우 방향과 칼럼 방향의 쌍방에, 어떻게 반복 배치되는지를 도시한 도면.
도 66은, 도 64와 같은 도면에서, 제3 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드의 평면 형상을 태선으로 추가 기재한 도면.
도 67은, 도 65에 태선으로 기재한 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여, 도 63에 기재한 어느 위치의 화소에 구비되는 4개의 포토 다이오드의 전하를 판독하는지를 도시한 도면.
도 68은, 도 64와 같은 도면에서, 제1 촬상 소자에 구비되는 광전변환부가 갖는 전하 축적용 전극의 평면 형상을 태선으로 추가 기재한 도면.
도 69는, 도 65에 태선으로 기재한 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여, 도 63에 기재한 어느 위치의 화소에 구비되는 4개의 광전변환부의 전하를 판독하는지를 도시한 도면.
도 70은, 도 64와 같은 도면에서, 제2 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드의 평면 형상을 태선으로 추가 기재한 도면.
도 71은, 도 65에 태선으로 기재한 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여, 도 63에 기재한 어느 위치의 화소에 구비되는 4개의 포토 다이오드의 전하를 판독하는지를 도시한 도면.
도 72는, 도 63과 같은 화소의 위치에서, 각 화소에 구비되는 전하 축적용 전극에 접속하고, 전하 축적용 전극을 구동하기 위한 제어 신호선(VOA)의 배치를 도시하는 도면.
도 73은, 세선 파선으로 둘러싼 영역의 2조의 제어 신호선(VOA)을, 1층의 배선층과 그곳에의 접속 구조만으로 배치한 예시하는 도면.
도 74는, 도 62에 기재된 구성을 실현하기 위해, 도 63과 같은 화소의 위치에서, 적층형 촬상 소자에 구비되는 배선을 이용하여 도 64에 기재된 각 소자에 접속하는 배선의 일부를 기재한 도면.
도 75는, 도 62에 기재된 구성을 실현하기 위해, 도 63과 같은 화소의 위치에서, 적층형 촬상 소자에 구비되는 배선을 이용하여 도 64에 기재된 각 소자에 접속하는 배선의 일부를 기재한 도면.
도 76은, 도 62에 기재된 구성을 실현하기 위해, 도 63과 같은 화소의 위치에서, 적층형 촬상 소자에 구비되는 배선을 이용하여 도 64에 기재된 각 소자에 접속하는 배선의 일부를 기재한 도면.
도 77은, 실시례 12의 고체 촬상 장치의 구성의 개요를 도시하는 도면.
도 78은, 실시례 12의 고체 촬상 장치의 구성의 개요를 도시하는 도면.
도 79는, 실시례 12의 고체 촬상 장치의 구성의 개요를 도시하는 도면.
도 80은, 실시례 12의 고체 촬상 장치의 구성의 개요를 도시하는 도면.
도 81은, 도 75를 재게(再揭)하고, 또한, 그 도면에서 실선으로 도시한 제어 배선 중, 제어부를 공유하는 4화소분의 적층형 촬상 소자를 구동하기 위해 필요한 제어 배선만을 태선 실선으로 남기고, 나머지 제어 배선은 점선으로 기재한 것.
도 82는, 도 72를 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈의 중심과, 그 도면에 기재된 제1의 촬상 소자에 구비되는 전하 축적용 전극을 구동하는 배선(VOA) 사이의 거리(d1)를 도면 중에 가필(加筆, 書き加え)한 것.
도 83은, 도 68을 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈의 중심과, 그 도면에 기재된 제1의 촬상 소자에 구비되는 전하 축적용 전극에 내접하는 최대의 원의 중심 사이의 거리(d2)를 도면 중에 가필한 것.
도 84는, 도 70을 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈의 중심과, 그 도면에 기재된 제2의 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드에 내접하는 최대의 원의 중심 사이의 거리(d3)를 도면 중에 가필한 것.
도 85는, 도 66을 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈의 중심과, 그 도면에 기재된 제3의 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드에 내접하는 최대의 원의 중심 사이의 거리(d4)를 도면 중에 가필한 것.
도 86은, 도 68을 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈의 중심과, 그 도면에 기재된 제1의 촬상 소자에 구비되는 제1 전극에 내접하는 최대의 원의 중심 사이의 거리(d2)를 도면 중에 가필한 것.
도 87은, 도 68을 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 제1 전극과 전하 축적용 전극을 삭제하는 한편, 그 도면에 기재된 관통 전극에 내접하는 최대의 원의 중심과, 온 칩·마이크로·렌즈의 중심을 가필하고, 또한, 상기 관통 전극에 내접하는 최대의 원의 중심과, 상기 온 칩·마이크로·렌즈의 중심 사이의 거리(d3)를 도면 중에 가필한 것.
도 88은, 도 68을 재게하고, 제1의 촬상 소자에 구비되는 관통 전극과 제1 부유 확산층 이외의 부호를 삭제한 것.
도 89는, 도 70을 재게하고, 제2의 촬상 소자에 구비되는 제2 부유 확산층 이외의 부호를 삭제한 것.
도 90은, 도 66을 재게하고, 제3의 촬상 소자에 구비되는 제3 부유 확산층(3) 이외의 부호를 삭제한 것.
도 91은, 도 68을 재게하고, 제1의 촬상 소자에 구비되는 전하 축적용 전극과, 도 88 내지 도 91에 기재된 관통 전극, 제1 부유 확산층, 제2 부유 확산층, 제3 부유 확산층과의 위치 관계를 도시하는 도면.
도 92는, 도 68을 재게하고, 제어부를 구성하는 트랜지스터의 반복 배치 단위를 도시하는 테두리선을 제거함과 함께, 제1 전극(11)과 전하 축적용 전극 사이의 최소가 되는 거리(d7)를 가필한 것.
도 93은, 도 64를 재게하고, 제어부를 구성하는 트랜지스터의 반복 배치 단위를 도시하는 테두리선을 제거한 것.
도 94는, 단화소 구조에 관해, 도 62와 같은 도면.
도 95는, 단화소 구조에 관해, 도 66과 같은 도면.
도 96은, 단화소 구조에 관해, 도 70과 같은 도면.
도 97은, 단화소 구조에 관해, 도 68과 같은 도면.
도 98은, 단화소 구조에 관해, 도 74와 같은 도면.
도 99는, 단화소 구조에 관해, 도 75와 같은 도면.
도 100은, 단화소 구조에 관해, 도 76과 같은 도면.
도 101은, 단화소 구조에 관해, 도 82와 같은 도면.
도 102는, 단화소 구조에 관해, 도 85와 같은 도면.
도 103은, 단화소 구조에 관해, 도 84와 같은 도면.
도 104는, 단화소 구조에 관해, 도 83과 같은 도면.
도 105는, 단화소 구조에 관해, 도 91과 같은 도면.
도 106은, 단화소 구조에 관해, 도 92와 같은 도면.
도 107은, 단화소 구조에 관해, 도 93과 같은 도면.1 is a schematic partial cross-sectional view of the imaging device of Example 1 and a stacked imaging device.
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of an enlarged portion of a charge accumulation electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode stacked in the imaging device of Example 1. FIG.
3 is an equivalent circuit diagram of the imaging device of Example 1 and a stacked imaging device.
4 is an equivalent circuit diagram of the imaging device of Example 1 and a stacked imaging device.
5 is a schematic layout view of a transistor constituting a first electrode constituting the imaging element of Example 1, an electrode for charge accumulation, and a control unit.
Fig. 6 is a diagram schematically showing the state of potential at each site during operation of the imaging device of Example 1;
7 is a schematic arrangement diagram of a first electrode and an electrode for charge accumulation constituting the imaging element of Example 1. FIG.
8 is a schematic perspective perspective view of a first electrode, a charge storage electrode, a second electrode, and a contact hole portion constituting the imaging device of Example 1. FIG.
9 is a conceptual diagram of the solid-state imaging device of Example 1. FIG.
10 is an equivalent circuit diagram of a modification example of the imaging element of Example 1 and a stacked image pickup element.
FIG. 11 is a schematic layout view of a transistor constituting a first electrode, a charge storage electrode, and a control unit constituting a modification of the imaging device of Example 1 shown in FIG. 10;
Fig. 12 is a schematic partial cross-sectional view of an enlarged portion of a charge accumulation electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode stacked in the imaging device of Example 2;
13 is a schematic partial cross-sectional view of the imaging device of Example 3 and a stacked imaging device.
14 is a schematic partial cross-sectional view of the imaging device of Example 4 and Example 5 and a stacked imaging device.
15A and 15B are schematic plan views of an electrode segment for charge accumulation in Example 5;
16A and 16B are schematic plan views of electrode segments for charge accumulation in Example 5. FIG.
17 is an equivalent circuit diagram of the imaging device of Example 5 and a stacked imaging device.
18 is an equivalent circuit diagram of the imaging device of Example 5 and a stacked imaging device.
19 is a schematic layout view of a transistor constituting a first electrode constituting the imaging element of Example 5, an electrode for charge accumulation, and a control unit.
Fig. 20 is a diagram schematically showing the state of potential at each site during operation of the imaging element of Example 5;
Fig. 21 is a diagram schematically showing the state of dislocations at each site during another operation (transmission) of the imaging device of Example 5;
22 is a schematic layout view of a first electrode and a charge storage electrode constituting a modification of the imaging element of Example 5. FIG.
23 is a schematic partial cross-sectional view of the imaging device of Example 6 and Example 5 and a stacked imaging device.
24A and 24B are schematic plan views of an electrode segment for charge accumulation in Example 6;
25 is a schematic plan view of a first electrode and an electrode segment for charge accumulation in the solid-state imaging device of Example 7. FIG.
26 is a schematic plan view of the first electrode and the electrode segment for charge accumulation in the first modification of the solid-state imaging device of Example 7. FIG.
27 is a schematic plan view of a first electrode and an electrode segment for charge accumulation in a second modification of the solid-state imaging device of Example 7. FIG.
28 is a schematic plan view of a first electrode and an electrode segment for charge accumulation in a third modification of the solid-state imaging device of Example 7. FIG.
29 is a schematic plan view of a first electrode and an electrode segment for charge accumulation in a fourth modification of the solid-state imaging device of Example 7. FIG.
30 is a schematic plan view of the first electrode and the electrode segment for charge accumulation in the fifth modification of the solid-state imaging device of Example 7. FIG.
31 is a schematic plan view of a first electrode and an electrode segment for charge accumulation in a sixth modification of the solid-state imaging device of Example 7. FIG.
32 is a schematic plan view of a first electrode and an electrode segment for charge accumulation in a seventh modification of the solid-state imaging device of Example 7. FIG.
33 is a schematic plan view of the first electrode and the electrode segment for charge accumulation in the eighth modification of the solid-state imaging device of Example 7. FIG.
34 is a schematic plan view of the first electrode and the electrode segment for charge accumulation in the ninth modification of the solid-state imaging device of Example 7. FIG.
35A, 35B, and 35C are charts showing read driving examples in the imaging element block of Example 7. FIG.
36 is a schematic plan view of a first electrode and an electrode segment for charge accumulation in the solid-state imaging device of Example 8. FIG.
37 is a schematic plan view of a first electrode and an electrode segment for charge accumulation in a modification of the solid-state imaging device of Example 8. FIG.
38 is a schematic plan view of a first electrode and an electrode segment for charge accumulation in a modification of the solid-state imaging device of Example 8. FIG.
39 is a schematic plan view of a first electrode and an electrode segment for charge accumulation in a modification of the solid-state imaging device of Example 8. FIG.
40 is a schematic partial cross-sectional view of the imaging device of Example 9 and a stacked imaging device.
41 is a schematic partial cross-sectional view of the imaging device of Example 10 and a stacked imaging device.
42 is a schematic partial cross-sectional view of a modification example of the imaging element of Example 10 and a stacked image pickup element.
43 is a schematic partial cross-sectional view of another modification of the imaging element of Example 10;
44 is a schematic partial cross-sectional view of still another modification of the imaging element of Example 10;
45 is a schematic partial cross-sectional view of a part of the imaging device of Example 11 and a stacked imaging device.
46 is a schematic layout view of a first electrode, a charge accumulation electrode, and a charge discharge electrode constituting the imaging element of Example 11. FIG.
Fig. 47 is a schematic perspective perspective view of a first electrode, a charge accumulation electrode, a charge discharge electrode, a second electrode, and a contact hole portion constituting the imaging element of Example 11.
48 is a schematic partial cross-sectional view of another modification example of the image pickup device of Example 1 and a stacked image pickup device.
49 is a schematic partial cross-sectional view of still another modification example of the imaging device of Example 1 and a stacked imaging device.
50A, 50B, and 50C are schematic partial cross-sectional views, in which the imaging element of Example 1, a portion of the first electrode of another modification of the stacked imaging element, and the like are enlarged.
51 is a schematic partial cross-sectional view of an enlarged portion of a portion of a charge discharge electrode of another example of the imaging device of Example 11, another example of a stacked imaging device, and the like.
52 is a schematic partial cross-sectional view of still another modification of the imaging element of Example 1 and a stacked imaging element.
53 is a schematic partial cross-sectional view of still another modification example of the imaging device of Example 1 and a stacked imaging device.
54 is a schematic partial cross-sectional view of still another modification example of the imaging device of Example 1 and a stacked imaging device.
55 is a schematic partial cross-sectional view of still another modification example of the imaging device of Example 1 and a stacked imaging device.
56 is a schematic partial cross-sectional view of still another modification example of the imaging device of Example 1 and a stacked imaging device.
FIG. 57 is a schematic partial cross-sectional view of an enlarged portion of a charge accumulation electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode in a modification of the imaging device of Example 1. FIG.
FIG. 58 is a schematic partial cross-sectional view of an enlarged portion of a charge accumulation electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode in a modification of the imaging device of Example 2. FIG.
59 is a conceptual diagram of an example in which an electronic device (camera) is used for a solid-state imaging device composed of the imaging device and the multilayer imaging device of the present disclosure.
Fig. 60 is a conceptual diagram of a conventional stacked imaging device (stacked solid-state imaging device).
61 is a schematic partial cross-sectional view of the stacked image pickup device of Example 12;
Fig. 62 is an equivalent circuit diagram of a four-pixel stacked image pickup device in Example 12.
63 is a view showing a planar structure of a part of a pixel array provided in the solid-state imaging device of Example 12;
FIG. 64 is a view showing the position of each transistor provided with one repeating unit while showing the outline of one repeating unit in the same drawing as that of FIG. 63 as a phantom line.
FIG. 65 is a diagram showing how the repeating units described in FIG. 64 are repeatedly arranged in both the row direction and the column direction of the
FIG. 66 is a view similar to FIG. 64, in which the planar shape of the photodiode provided in the third imaging element is additionally described with a dashed line.
FIG. 67 is a view showing the charges of the four photodiodes provided in the pixels at the positions shown in FIG. 63 using the transistor included in the repeating unit shown in FIG. 65 by the dashed line.
FIG. 68 is a view similar to FIG. 64, in which the planar shape of the electrode for charge accumulation of the photoelectric conversion unit provided in the first imaging element is additionally described with a grid line.
FIG. 69 is a diagram showing the charges of the four photoelectric conversion units provided in the pixel at the position shown in FIG. 63 using the transistor included in the repeating unit shown in FIG. 65 by the dashed line.
FIG. 70 is a view in which the planar shape of the photodiode provided in the second imaging element is further described in the same diagram as in FIG.
FIG. 71 is a view showing the charges of the four photodiodes provided in the pixels at the positions shown in FIG. 63 using the transistor included in the repeating unit shown in FIG. 65 by the dashed line.
FIG. 72 is a diagram showing the arrangement of a control signal line VAO for connecting a charge accumulation electrode provided in each pixel at a position of the pixel as shown in FIG. 63 and driving the charge accumulation electrode.
Fig. 73 is a diagram illustrating an example in which two sets of control signal lines (VOA) in an area enclosed by a thin line dashed line are arranged only with a wiring layer on the first floor and a connection structure therefor.
FIG. 74 is a view showing a part of wiring connected to each element shown in FIG. 64 using wiring provided in the stacked image pickup device at the position of the pixel as shown in FIG. 63 in order to realize the configuration shown in FIG. 62;
FIG. 75 is a view showing a part of wiring connected to each element shown in FIG. 64 using wiring provided in the stacked image pickup device at the position of the pixel as shown in FIG. 63 in order to realize the configuration shown in FIG. 62;
FIG. 76 is a view showing a part of wiring connected to each element shown in FIG. 64 using wiring provided in the stacked image pickup device at the position of the pixel as shown in FIG. 63 in order to realize the structure shown in FIG. 62;
77 is a diagram showing an outline of the configuration of a solid-state imaging device in Example 12;
78 is a diagram showing an outline of the configuration of a solid-state imaging device of Example 12;
79 is a diagram showing an outline of the configuration of a solid-state imaging device of Example 12;
80 is a diagram showing an outline of the configuration of a solid-state imaging device of Example 12;
FIG. 81 shows the control wiring necessary for driving the four-pixel stacked image pickup device sharing the control unit among the control wirings shown in solid lines in FIG. 75 and also in FIG. 75 with the solid line solid lines. , The rest of the control wiring is indicated by dotted lines.
FIG. 82 is a line between the center of the on-chip micro-lens described in FIG. 72 and the first imaging element described in the drawing, and wiring (VOA) for driving the electrode for charge accumulation provided in the drawing. The distance (d1) in the drawing was added (加 筆, 書 き 加 え).
83 shows the center of the on-chip micro-lens described in FIG. 68, and the largest circle inscribed in the electrode for charge accumulation provided in the first imaging element described in the figure. The distance (d2) between them is drawn in the drawing.
FIG. 84 shows the distance between the center of the on-chip micro-lens described in the figure and the largest circle inscribed in the photodiode provided in the second imaging element described in the figure. The distance d3 is drawn in the drawing.
FIG. 85 shows the distance between the center of the on-chip micro-lens described in FIG. 66 and the maximum circle inscribed to the photodiode provided in the third imaging element described in the figure. The distance d4 is drawn in the drawing.
FIG. 86 shows the distance between the center of the on-chip micro-lens described in FIG. 68 and the largest circle inscribed to the first electrode provided in the first imaging element described in the figure. The distance (d2) of the chart was drawn in the drawing.
Fig. 87 recounts Fig. 68, and further deletes the first electrode and the electrode for charge accumulation described in the figure, while the center of the largest circle inscribed to the through electrode described in the figure, and on-chip micro The center of the lens is refilled, and the distance d3 between the center of the largest circle inscribed to the through electrode and the center of the on-chip micro-lens is drawn in the drawing.
FIG. 88 is a diagram in which FIG. 68 is removed and codes other than the first electrode and the first floating diffusion layer provided in the first imaging element are deleted.
FIG. 89 is a view of FIG. 70, in which codes other than the second floating diffusion layer provided in the second imaging element are deleted.
FIG. 90 is a diagram in which FIG. 66 is removed and codes other than the third floating
FIG. 91 shows the charge accumulation electrode provided in the first imaging element, and the through electrode, the first floating diffusion layer, the second floating diffusion layer, and the third floating diffusion layer shown in FIGS. Drawing showing positional relationship.
FIG. 92 shows the minimum distance d7 between the
FIG. 93 shows the line in FIG. 64 and removes a border line showing repeating arrangement units of transistors constituting the control unit.
FIG. 94 is a view similar to FIG. 62 about the structure of a single pixel.
FIG. 95 is a view similar to FIG. 66 about the structure of a single pixel.
96 is a view similar to that of FIG. 70, regarding the structure of a single pixel.
FIG. 97 is a view similar to FIG. 68 about the structure of a single pixel.
FIG. 98 is a view similar to FIG. 74 with respect to a single pixel structure.
FIG. 99 is a view similar to FIG. 75 about the structure of a single pixel.
100 is a view similar to FIG. 76 about the single pixel structure.
FIG. 101 is a view similar to FIG. 82 about a single pixel structure.
FIG. 102 is a view similar to FIG. 85 about the structure of a single pixel.
FIG. 103 is a view similar to FIG. 84 about the structure of a single pixel.
FIG. 104 is a view similar to FIG. 83 about the structure of a single pixel.
105 is a view similar to FIG. 91 with respect to a single pixel structure.
FIG. 106 is a view similar to FIG. 92 about the structure of a single pixel.
FIG. 107 is a view similar to FIG. 93 about the structure of a single pixel.
이하, 도면을 참조하여, 실시례에 의거하여 본 개시를 설명하는데, 본 개시는 실시례로 한정되는 것이 아니고, 실시례에서의 여러가지의 수치나 재료는 예시이다. 또한, 설명은, 이하의 순서로 행한다.Hereinafter, the present disclosure will be described based on examples with reference to the drawings, but the present disclosure is not limited to the examples, and various numerical values and materials in the examples are examples. In addition, description is performed in the following procedure.
1.본 개시의 제1의 양태∼제6의 양태에 관한 촬상 소자, 본 개시의 적층형 촬상 소자 및 본 개시의 제1의 양태∼제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치, 전반에 관한 설명1. Imaging element according to first to sixth aspects of the present disclosure, stacked-type imaging element of the present disclosure, and solid-state imaging device according to first to fourth aspects of the present disclosure, general description
2.실시례 1( 본 개시의 제1의 양태 및 본 개시의 제6의 양태에 관한 촬상 소자, 본 개시의 적층형 촬상 소자 및 본 개시의 제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치)2. Example 1 (Image pickup element according to the first aspect of the present disclosure and the sixth aspect of the present disclosure, a stacked-type imaging device of the present disclosure, and a solid-state imaging device according to the fourth aspect of the present disclosure)
3.실시례 2( 본 개시의 제2의 양태 및 본 개시의 제6의 양태에 관한 촬상 소자)3. Example 2 (Image pickup device according to second aspect of the present disclosure and sixth aspect of the present disclosure)
4.실시례 3( 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 소자)4. Example 3 (Image pickup element according to the third aspect of the present disclosure)
5.실시례 4( 본 개시의 제4의 양태에 관한 촬상 소자)5. Example 4 (Image pickup element according to the fourth aspect of the present disclosure)
6. 실시례 5( 본 개시의 제5의 양태에 관한 촬상 소자)6. Example 5 (imaging element according to the fifth aspect of the present disclosure)
7. 실시례 6( 본 개시의 제6의 양태에 관한 촬상 소자)7. Example 6 (imaging element according to the sixth aspect of the present disclosure)
8. 실시례 7( 본 개시의 제1의 양태∼제2의 양태에 관한 고체 촬상 장치)8. Example 7 (Solid-state imaging device according to first to second aspects of the present disclosure)
9. 실시례 8(실시례 7의 변형)9. Example 8 (Variation of Example 7)
10. 실시례 9(실시례 1∼실시례 6의 변형)10. Example 9 (Variation of Examples 1 to 6)
11.실시례 10(실시례 1∼실시례 6, 실시례 9의 변형)11.Example 10 (modifications of Examples 1 to 6 and 9)
12.실시례 11(실시례 1∼실시례 6, 실시례 9∼실시례 10의 변형)12. Example 11 (Variation of Examples 1 to 6 and Examples 9 to 10)
13.실시례 1213.Example 12
14.기타14.Other
≪본 개시의 제1의 양태∼제6의 양태에 관한 촬상 소자, 본 개시의 적층형 촬상 소자 및 본 개시의 제1의 양태∼제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치, 전반에 관한 설명≫<< Image pickup element according to the first to sixth aspects of the present disclosure, stacked image pickup device of the present disclosure, and solid-state imaging device according to the first to fourth aspects of the present disclosure, overall description >>
본 개시의 제1의 양태∼제2의 양태에 관한 고체 촬상 장치에서, 촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자의 사이에는 전송 제어용 전극이 마련되어 있는 형태로 할 수 있다. 전송 제어용 전극은, 제1 전극측에, 제1 전극 또는 전하 축적용 전극과 같은 레벨로 형성되어 있어도 좋고, 다른 레벨로 형성되어 있어도 좋다. 또는 또한, 전송 제어용 전극은, 제2 전극측에, 제2 전극과 같은 레벨로 형성되어 있어도 좋고, 다른 레벨로 형성되어 있어도 좋다. 나아가서는, 이 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 제1의 양태∼제2의 양태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 하나의 촬상 소자의 상방에 하나의 온·칩·마이크로·렌즈가 마련되어 있는 형태로 할 수 있고, 또는 또한, 2개의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있고, 촬상 소자 블록의 상방에 하나의 온·칩·마이크로·렌즈가 마련되어 있는 형태로 할 수 있다.In the solid-state imaging device according to the first aspect to the second aspect of the present disclosure, an electrode for transmission control may be provided between a plurality of imaging elements constituting the imaging element block. The transfer control electrode may be formed on the first electrode side at the same level as the first electrode or the charge storage electrode, or may be formed at a different level. Alternatively, the electrode for transmission control may be formed on the second electrode side at the same level as the second electrode, or may be formed at a different level. Furthermore, in the solid-state imaging device according to the first aspect to the second aspect of the present disclosure including this preferred aspect, one on-chip micro-lens is provided above one imaging element. Alternatively, the imaging element block may be composed of two imaging elements, and one on-chip micro-lens may be provided above the imaging element block.
본 개시의 제1의 양태∼제2의 양태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 복수의 촬상 소자에 대해 하나의 부유 확산층이 마련된다. 여기서, 하나의 부유 확산층에 대해 마련된 복수의 촬상 소자는, 후술하는 제1 타입의 촬상 소자의 복수로 구성되어 있어도 좋고, 적어도 하나의 제1 타입의 촬상 소자와, 1 또는 2 이상이 후술하는 제2 타입의 촬상 소자로 구성되어 있어도 좋다. 그리고, 전하 전송 기간의 타이밍을 적절하게 제어함으로써, 복수의 촬상 소자가 하나의 부유 확산층을 공유하는 것이 가능해진다. 복수의 촬상 소자는 연계하여 동작시켜지고, 후술하는 구동 회로에는 촬상 소자 블록으로서 접속되어 있다. 즉, 촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자가 하나의 구동 회로에 접속되어 있다. 단, 전하 축적용 전극의 제어는, 촬상 소자마다 행하여진다. 또한, 복수의 촬상 소자가 하나의 콘택트 홀부를 공유하는 것이 가능하다. 복수의 촬상 소자에서 공유된 제1 전극과, 각 촬상 소자의 전하 축적용 전극의 배치 관계는, 제1 전극이, 각 촬상 소자의 전하 축적용 전극에 인접하여 배치되어 있는 경우도 있다. 또는 또한, 제1 전극이, 복수의 촬상 소자의 일부의 전하 축적용 전극에 인접하여 배치되어 있고, 복수의 촬상 소자의 나머지 전하 축적용 전극과는 인접하여 배치되지 않은 경우도 있고, 이 경우에는, 복수의 촬상 소자의 나머지로부터 제1 전극으로의 전하의 이동은, 복수의 촬상 소자의 일부를 경유한 이동이 된다. 촬상 소자를 구성하는 전하 축적용 전극과 촬상 소자를 구성하는 전하 축적용 전극 사이의 거리(편의상, 『거리(A)』라고 부른다)는, 제1 전극에 인접하는 촬상 소자에서의 제1 전극과 전하 축적용 전극 사이의 거리(편의상, 『거리(B)』라고 부른다)보다도 긴 것이, 각 촬상 소자로부터 제1 전극으로의 전하의 이동을 확실한 것으로 하기 때문에 바람직하다. 또한, 제1 전극부터 떨어져서 위치하는 촬상 소자일수록, 거리(A)의 값을 크게 하는 것이 바람직하다.In the solid-state imaging device according to the first to second aspects of the present disclosure, one floating diffusion layer is provided for a plurality of imaging elements. Here, the plurality of imaging elements provided for one floating diffusion layer may be composed of a plurality of first type imaging elements described later, and at least one first type imaging element and one or two or more imaging elements described below. It may be composed of two types of imaging elements. Then, by appropriately controlling the timing of the charge transfer period, it becomes possible for a plurality of imaging elements to share one floating diffusion layer. The plurality of imaging elements are operated in conjunction, and are connected as a imaging element block to a driving circuit which will be described later. That is, a plurality of imaging elements constituting the imaging element block are connected to one driving circuit. However, control of the electrode for charge accumulation is performed for each imaging element. Further, it is possible for a plurality of imaging elements to share one contact hole portion. In the arrangement relationship between the first electrodes shared by the plurality of imaging elements and the charge accumulation electrodes of each imaging element, the first electrode may be arranged adjacent to the charge accumulation electrodes of each imaging element. Alternatively, the first electrode may be disposed adjacent to the charge storage electrodes of a part of the plurality of imaging elements, and may not be disposed adjacent to the remaining charge accumulation electrodes of the plurality of imaging elements. , The movement of charges from the rest of the plurality of imaging elements to the first electrode is a movement via a part of the plurality of imaging elements. The distance between the charge accumulation electrode constituting the imaging element and the charge accumulation electrode constituting the imaging element (for convenience, referred to as "distance A") is the first electrode in the imaging element adjacent to the first electrode. A longer than the distance between the electrodes for charge accumulation (for convenience, referred to as " distance B ") is preferable because it ensures the movement of electric charges from each imaging element to the first electrode. In addition, it is preferable that the value of the distance A is increased as the imaging element positioned away from the first electrode.
본 개시의 제1의 양태∼제5의 양태에 관한 촬상 소자에서는, n의 값이 큰 광전변환부 세그먼트일수록 제1 전극부터 떨어져서 위치하는데, 제1 전극부터 떨어져서 위치하는지의 여부는, X방향을 기준으로 하여 판단한다. 또한, 본 개시의 제6의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 제1 전극부터 떨어지는 방향을 X방향으로 하고 있는데, 『X방향』을 이하와 같이, 정의한다. 즉, 촬상 소자 또는 적층형 촬상 소자가 복수 배열된 화소 영역은, 2차원 어레이형상으로, 즉, X방향 및 Y방향으로 규칙적으로 복수 배열된 화소로 구성된다. 화소의 평면 형상을 사각형으로 한 경우, 제1 전극에 가장 가까운 변이 늘어나는 방향을 Y방향으로 하고, Y방향과 직교하는 방향을 X방향으로 한다. 또는 또한, 화소의 평면 형상을 임의의 형상으로 한 경우, 제1 전극에 가장 가까운 선분이나 곡선이 포함되는 전체적인 방향을 Y방향으로 하고, Y방향과 직교하는 방향을 X방향으로 한다.In the imaging elements according to the first to fifth aspects of the present disclosure, the larger the value of n is, the larger the segment of the photoelectric conversion section is, which is located away from the first electrode. Judging by the criteria. In addition, in the imaging element according to the sixth aspect of the present disclosure, the direction away from the first electrode is set to the X direction, and "X direction" is defined as follows. That is, the pixel region in which a plurality of imaging elements or stacked imaging elements are arranged is composed of pixels arranged in a two-dimensional array, that is, regularly arranged in the X direction and the Y direction. When the planar shape of the pixel is a rectangle, the direction in which the side closest to the first electrode extends is the Y direction, and the direction orthogonal to the Y direction is the X direction. Alternatively, when the planar shape of the pixel is an arbitrary shape, the overall direction including the line segment or curve closest to the first electrode is the Y direction, and the direction orthogonal to the Y direction is the X direction.
광입사측에 위치하는 제2 전극은, 복수의 촬상 소자에서 공통화되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 제2 전극을 이른바 베타 전극으로 할 수 있다. 광전변환층은, 복수의 촬상 소자에서 공통화되어 있어도 좋고, 즉, 복수의 촬상 소자에서 1층의 광전변환층이 형성되어 있어도 좋고, 촬상 소자마다 마련되어 있어도 좋다.It is preferable that the second electrode located on the light incident side is common to a plurality of imaging elements. That is, the second electrode can be a so-called beta electrode. The photoelectric conversion layer may be common to a plurality of imaging elements, that is, one photoelectric conversion layer may be formed from a plurality of imaging elements, or may be provided for each imaging element.
본 개시의 제1의 양태∼제2의 양태에 관한 촬상 소자에서, N개의 광전변환층 세그먼트는 연속하여 마련되어 있고, N개의 절연층 세그먼트도 연속하여 마련되어 있고, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트도 연속하여 마련되어 있다. 본 개시의 제3의 양태∼제5의 양태에 관한 촬상 소자에서, N개의 광전변환층 세그먼트는 연속하여 마련되어 있다. 또한, 본 개시의 제4의 양태, 제5의 양태에 관한 촬상 소자에서, N개의 절연층 세그먼트는 연속하여 마련되어 있는 한편, 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 소자에서, N개의 절연층 세그먼트는, 광전변환부 세그먼트의 각각에 대응하여 마련되어 있다. 나아가서는, 본 개시의 제4의 양태∼제5의 양태에 관한 촬상 소자에서, 경우에 따라서는, 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 소자에서, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트는, 광전변환부 세그먼트의 각각에 대응하여 마련되어 있다. 그리고 본 개시의 제1의 양태∼제6의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 전하 축적용 전극 세그먼트의 전부에 같은 전위가 가하여진다. 또는 또한, 본 개시의 제4의 양태∼제5의 양태에 관한 촬상 소자에서, 경우에 따라서는, 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 소자에서, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트의 각각에, 다른 전위를 가하여도 좋다.In the imaging elements according to the first to second aspects of the present disclosure, the N photoelectric conversion layer segments are continuously provided, the N insulating layer segments are continuously provided, and the N electric charge accumulation electrode segments are also continuous. Is provided. In the imaging elements according to the third to fifth aspects of the present disclosure, N photoelectric conversion layer segments are provided continuously. In addition, in the imaging elements according to the fourth and fifth aspects of the present disclosure, N insulating layer segments are continuously provided, while in the imaging elements according to the third aspect of the present disclosure, N insulating layer segments Is provided corresponding to each of the photoelectric conversion section segments. Furthermore, in the imaging device according to the fourth to fifth aspects of the present disclosure, and in some cases, in the imaging device according to the third aspect of the present disclosure, the electrode segments for accumulating N charges are photoelectrically converted. It is provided corresponding to each of the sub-segments. Then, in the imaging elements according to the first to sixth aspects of the present disclosure, the same potential is applied to all of the electrode segments for charge accumulation. Alternatively, in the imaging elements according to the fourth to fifth aspects of the present disclosure, and in some cases, in the imaging elements according to the third aspect of the present disclosure, to each of the N charge accumulation electrode segments, Other potentials may be applied.
본 개시의 제1의 양태∼제6의 양태에 관한 촬상 소자, 또는, 본 개시의 적층형 촬상 소자를 구성하는 제1의 양태∼제6의 양태에 관한 촬상 소자, 상기한 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 제1의 양태∼제2의 양태에 관한 고체 촬상 장치, 본 개시의 제3의 양태∼제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치를 구성하는 촬상 소자(이하, 이들의 촬상 소자를 총칭하여, 『본 개시의 촬상 소자 등』이라고 부른다)에서는,Imaging element according to first aspect to sixth aspect of the present disclosure, or imaging element according to first aspect to sixth aspect constituting the multilayered image pickup element of the present disclosure, and the present invention including the above-described preferred aspect Imaging elements (hereinafter, referred to collectively as imaging elements) constituting the solid-state imaging device according to the first to second aspects of the disclosure and the solid-state imaging device according to the third to fourth aspects of the present disclosure, (Referred to as "the imaging device of the present disclosure"),
반도체 기판을 또한 구비하고 있고,It also has a semiconductor substrate,
광전변환부는, 반도체 기판의 상방에 배치되어 있는 형태로 할 수 있다. 또한, 제1 전극, 전하 축적용 전극 및 제2 전극은, 후술하는 구동 회로에 접속되어 있다.The photoelectric conversion unit can be formed in a form disposed above the semiconductor substrate. Moreover, the 1st electrode, the electrode for charge accumulation, and the 2nd electrode are connected to the drive circuit mentioned later.
나아가서는, 이상에 설명한 각종의 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 촬상 소자 등에서, 제1 전극은, 절연층에 마련된 개구부 내를 연재되고, 광전변환층과 접속되어 있는 형태로 할 수 있다. 또는 또한, 광전변환층은, 절연층에 마련된 개구부 내를 연재되고, 제1 전극과 접속되어 있는 형태로 할 수 있고, 이 경우,Furthermore, in the imaging element of the present disclosure including various preferred embodiments described above, the first electrode can be formed in a form in which the inside of the opening provided in the insulating layer is extended and connected to the photoelectric conversion layer. Alternatively, the photoelectric conversion layer may extend in the opening provided in the insulating layer and be connected to the first electrode. In this case,
제1 전극의 정상면(頂面)의 연부(緣部)는 절연층으로 덮여 있고,The edge of the top surface of the first electrode is covered with an insulating layer,
개구부의 저면에는 제1 전극이 노출하여 있고,The first electrode is exposed on the bottom surface of the opening,
제1 전극의 정상면과 접하는 절연층의 면을 제1면, 전하 축적용 전극과 대향하는 광전변환층의 부분과 접하는 절연층의 면을 제2면으로 하였을 때, 개구부의 측면은, 제1면부터 제2면을 향하여 넓어지는 경사를 갖는 형태로 할 수 있고, 나아가서는, 제1면부터 제2면을 향하여 넓어지는 경사를 갖는 개구부의 측면은, 전하 축적용 전극측에 위치하는 형태로 할 수 있다. 또한, 광전변환층과 제1 전극 사이에 다른 층이 형성되어 있는 형태(예를 들면, 광전변환층과 제1 전극 사이에 전하 축적에 적합한 재료층이 형성되어 있는 형태)를 포함한다.When the surface of the insulating layer in contact with the top surface of the first electrode is the first surface, and the surface of the insulating layer in contact with the portion of the photoelectric conversion layer facing the charge storage electrode is the second surface, the side surface of the opening is the first surface It can be in a form having an inclination extending toward the second surface, and furthermore, a side surface of the opening having an inclination extending from the first surface toward the second surface may be formed on the side of the electrode for charge accumulation. You can. In addition, it includes a form in which another layer is formed between the photoelectric conversion layer and the first electrode (for example, a form in which a material layer suitable for charge accumulation is formed between the photoelectric conversion layer and the first electrode).
나아가서는, 이상에 설명한 각종의 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 촬상 소자 등에서,Furthermore, in the imaging device of the present disclosure including various preferred embodiments described above,
반도체 기판에 마련되고, 구동 회로를 갖는 제어부를 또한 구비하고 있고,It is provided on the semiconductor substrate, and is also provided with a control unit having a driving circuit,
제1 전극 및 전하 축적용 전극은, 구동 회로에 접속되어 있고,The first electrode and the electrode for charge accumulation are connected to a driving circuit,
전하 축적 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극에 전위(V11)가 인가되고, 전하 축적용 전극에 전위(V12)가 인가되고, 광전변환층에 전하가 축적되고,In the charge accumulation period, the potential V 11 is applied to the first electrode from the driving circuit, the potential V 12 is applied to the electrode for charge accumulation, and charge is accumulated in the photoelectric conversion layer,
전하 전송 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극에 전위(V21)가 인가되고, 전하 축적용 전극에 전위(V22)가 인가되고, 광전변환층에 축적된 전하가 제1 전극을 경유하여 제어부에 판독되는 구성으로 할 수 있다. 단, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높은 경우,In the charge transfer period, the potential V 21 is applied to the first electrode from the driving circuit, the potential V 22 is applied to the charge accumulation electrode, and the charge accumulated in the photoelectric conversion layer passes through the first electrode. It can be configured to be read by the control unit. However, when the potential of the first electrode is higher than the potential of the second electrode,
V12≥V11, 또한, V22<V21 V 12 ≥V 11 , and also V 22 <V 21
이고, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 낮은 경우,And, when the potential of the first electrode is lower than the potential of the second electrode,
V12≤V11, 또한, V22>V21 V 12 ≤V 11 , and also V 22 > V 21
이다.to be.
이하, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높은 경우에 관한 설명을 행하는데, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 낮은 경우는, 전위의 고저를 역으로 하면 좋다.Hereinafter, a description will be given of the case where the potential of the first electrode is higher than the potential of the second electrode. When the potential of the first electrode is lower than the potential of the second electrode, the height of the potential may be reversed.
본 개시의 제1의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 절연층 세그먼트의 두께가, 점차, 변화하고 있는데, 절연층 세그먼트의 두께는, 점차, 두껍게 되어 있어도 좋고, 얇게 되어 있어도 좋고, 이에 의해, 일종의 전하 전송 구배가 형성된다.In the imaging device according to the first aspect of the present disclosure, the thickness of the insulating layer segment gradually changes from the first photoelectric conversion section segment to the Nth photoelectric conversion section segment. The thickness may be gradually increased or may be thin, whereby a kind of charge transfer gradient is formed.
축적하여야 할 전하를 전자로 하는 경우, 절연층 세그먼트의 두께가, 점차, 두껍게 되는 구성을 채용하면 좋고, 축적하여야 할 전하를 정공으로 하는 경우, 절연층 세그먼트의 두께가, 점차, 얇게 되는 구성을 채용하면 좋다. 그리고, 이들의 경우, 전하 축적 기간에서, |V12|≥|V11|라는 상태가 되면, 제n번째의 광전변환부 세그먼트의 쪽이, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트보다도, 많은 전하를 축적할 수 있고, 강한 전계가 가하여져서, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제1 전극으로의 전하의 흐름을 확실하게 방지할 수 있다. 그리고, 전하 전송 기간에서, |V22|<|V21|라는 상태가 되면, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제1 전극으로의 전하의 흐름, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제n번째의 광전변환부 세그먼트로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다.When the charge to be accumulated is made of electrons, a structure in which the thickness of the insulating layer segment is gradually and thickly adopted may be adopted. When the charge to be accumulated is used as the hole, a structure in which the thickness of the insulating layer segment is gradually and thinned is adopted. It is good to hire. And in these cases, in the state of | V 12 | ≥ | V 11 | in the charge accumulation period, the n-th photoelectric conversion section segment is more than the (n + 1) -th photoelectric conversion section segment. , A large amount of charge can be accumulated, and a strong electric field is applied, so that the flow of charge from the first photoelectric conversion segment to the first electrode can be reliably prevented. In the charge transfer period, when | V 22 | <| V 21 |, the flow of charge from the first photoelectric conversion segment to the first electrode, the (n + 1) -th photoelectric conversion unit The flow of electric charge from the segment to the n-th photoelectric conversion section segment can be ensured.
본 개시의 제2의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 변화하고 있는데, 광전변환층 세그먼트의 두께는, 점차, 두껍게 되어 있어도 좋고, 얇게 되어 있어도 좋고, 이에 의해, 일종의 전하 전송 구배가 형성된다.In the imaging device according to the second aspect of the present disclosure, the thickness of the photoelectric conversion layer segment gradually changes from the first photoelectric conversion section segment to the Nth photoelectric conversion section segment. The thickness of the segment may be gradually increased or may be thin, thereby forming a kind of charge transfer gradient.
축적하여야 할 전하를 전자로 하는 경우, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 두껍게 되는 구성을 채용하면 좋고, 축적하여야 할 전하를 정공으로 하는 경우, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 얇게 되는 구성을 채용하면 좋다. 그리고, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 두껍게 되는 경우, 전하 축적 기간에서 V12≥V11라는 상태가 되면, 또한, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 얇게 되는 경우, 전하 축적 기간에서 V12≤V11라는 상태가 되면, 제n번째의 광전변환부 세그먼트의 쪽이, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트보다도 강한 전계가 가하여져서, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제1 전극으로의 전하의 흐름을 확실하게 방지할 수 있다. 그리고, 전하 전송 기간에서, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 두껍게 되는 경우, V22<V21라는 상태가 되면, 또한, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 얇게 되는 경우, V22>V21라는 상태가 되면, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제1 전극으로의 전하의 흐름, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제n번째의 광전변환부 세그먼트로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다.When the charge to be accumulated is made of electrons, a configuration in which the thickness of the photoelectric conversion layer segment is gradually increased may be adopted. When the charge to be accumulated is used as the hole, the thickness of the photoelectric conversion layer segment is gradually and thinned. It is good to adopt a structure. And, when the thickness of the photoelectric conversion layer segment is gradually, thick, when the state of V 12 ≥ V 11 in the charge accumulation period, and further, when the thickness of the photoelectric conversion layer segment is gradually, thin, in the charge accumulation period When V 12 ≤V 11 , the n-th photoelectric conversion section segment is applied with a stronger electric field than the (n + 1) -th photoelectric conversion section segment, from the first photoelectric conversion section segment. The flow of charge to the first electrode can be reliably prevented. Then, in the charge transfer period, when the thickness of the photoelectric conversion layer segment is gradually and thick, when V 22 <V 21 , and further, when the thickness of the photoelectric conversion layer segment is gradually, thin, V 22 > In the state of V 21 , the flow of charge from the first photoelectric conversion segment to the first electrode, the charge of the charge from the (n + 1) th photoelectric conversion segment to the nth photoelectric conversion segment The flow can be ensured.
본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 인접하는 광전변환부 세그먼트에서, 절연층 세그먼트를 구성하는 재료가 다르고, 이에 의해, 일종의 전하 전송 구배가 형성되는데, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 절연층 세그먼트를 구성하는 재료의 비유전율의 값이, 점차, 작게 되는 것이 바람직하다. 그리고, 이와 같은 구성을 채용함으로써, 전하 축적 기간에서, V12≥V11라는 상태가 되면, 제n번째의 광전변환부 세그먼트의 쪽이 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트보다도 많은 전하를 축적할 수 있다. 그리고, 전하 전송 기간에서, V22<V21라는 상태가 되면, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제1 전극으로의 전하의 흐름, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제n번째의 광전변환부 세그먼트로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다.In the imaging device according to the third aspect of the present disclosure, in the adjacent photoelectric conversion section segments, the materials constituting the insulating layer segment are different, thereby forming a kind of charge transfer gradient, the first photoelectric conversion section segment It is preferable that the value of the relative dielectric constant of the material constituting the insulating layer segment gradually decreases from to the Nth photoelectric conversion section. And, by adopting such a configuration, in the state of charge accumulation, in the state of V 12 ≥ V 11 , the charge of the n-th photoelectric conversion section segment is greater than the (n + 1) -th photoelectric conversion section segment. Can accumulate. In the charge transfer period, when V 22 <V 21 , the flow of charge from the first photoelectric conversion unit segment to the first electrode, the nth from the (n + 1) th photoelectric conversion unit segment The flow of charge to the first photoelectric conversion section segment can be securely ensured.
본 개시의 제4의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 인접하는 광전변환부 세그먼트에서, 전하 축적용 전극 세그먼트를 구성하는 재료가 다르고, 이에 의해, 일종의 전하 전송 구배가 형성되는데, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 절연층 세그먼트를 구성하는 재료의 일함수의 값이, 점차, 크게 되는 것이 바람직하다. 그리고, 이와 같은 구성을 채용함으로써, 전압의 정부(正負)에 의존하는 일 없이, 신호 전하 전송에 유리한 전위 구배를 형성할 수 있다.In the imaging device according to the fourth aspect of the present disclosure, in the adjacent photoelectric conversion section, the materials constituting the electrode segment for charge accumulation are different, thereby forming a kind of charge transfer gradient. The first photoelectric conversion It is preferable that the value of the work function of the material constituting the insulating layer segment gradually increases from the sub-segment to the N-th photoelectric conversion section. And by adopting such a structure, a potential gradient favorable for signal charge transfer can be formed without depending on the positive and negative voltages.
본 개시의 제5의 양태에 관한 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 전하 축적용 전극 세그먼트의 면적이, 점차, 작게 되어 있고, 이에 의해, 일종의 전하 전송 구배가 형성되기 때문에, 전하 축적 기간에서, V12≥V11라는 상태가 되면, 제n번째의 광전변환부 세그먼트의 쪽이, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트보다도 많은 전하를 축적할 수 있다. 그리고, 전하 전송 기간에서, V22<V21라는 상태가 되면, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제1 전극으로의 전하의 흐름, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제n번째의 광전변환부 세그먼트로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다.In the imaging device according to the fifth aspect of the present disclosure, the area of the electrode segment for charge accumulation is gradually smaller from the first photoelectric conversion section to the Nth photoelectric conversion section. , Since a kind of charge transfer gradient is formed, in the charge accumulation period, when V 12 ≥ V 11 , the n-th photoelectric conversion section segment is more than the (n + 1) -th photoelectric conversion section segment. A lot of charge can accumulate. In the charge transfer period, when V 22 <V 21 , the flow of charge from the first photoelectric conversion unit segment to the first electrode, the nth from the (n + 1) th photoelectric conversion unit segment The flow of charge to the first photoelectric conversion section segment can be securely ensured.
본 개시의 제6의 양태에 관한 촬상 소자에서, 적층부분의 단면적은 제1 전극부터의 거리에 의존하여 변화하고, 이에 의해, 일종의 전하 전송 구배가 형성된다. 구체적으로는, 적층부분의 단면의 두께를 일정하게 하고, 적층부분의 단면의 폭을 제1 전극부터 떨어질수록 좁게 하는 구성을 채용하면, 본 개시의 제5의 양태에 관한 촬상 소자에서 설명한 바와 마찬가지로, 전하 축적 기간에서, V12≥V11라는 상태가 되면, 제1 전극에 가까운 영역의 쪽이, 먼 영역보다도 많은 전하를 축적할 수 있다. 따라서, 전하 전송 기간에서, V22<V21라는 상태가 되면, 제1 전극에 가까운 영역부터 제1 전극으로의 전하의 흐름, 먼 영역부터 가까운 영역으로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다. 한편, 적층부분의 단면의 폭을 일정하게 하고, 적층부분의 단면의 두께, 구체적으로는, 절연층 세그먼트의 두께를, 점차, 두껍게 하는 구성을 채용하면, 본 개시의 제1의 양태에 관한 촬상 소자에서 설명한 바와 마찬가지로, 전하 축적 기간에서, V12≥V11라는 상태가 되면, 제1 전극에 가까운 영역의 쪽이, 먼 영역보다도, 많은 전하를 축적할 수 있고, 강한 전계가 가하여져서, 제1 전극에 가까운 영역부터 제1 전극으로의 전하의 흐름을 확실하게 방지할 수 있다. 그리고, 전하 전송 기간에서, V22<V21라는 상태가 되면, 제1 전극에 가까운 영역부터 제1 전극으로의 전하의 흐름, 먼 영역부터 가까운 영역으로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다. 또한, 광전변환층 세그먼트의 두께를, 점차, 두껍게 하는 구성을 채용하면, 본 개시의 제2의 양태에 관한 촬상 소자에서 설명한 바와 마찬가지로, 전하 축적 기간에서, V12≥V11라는 상태가 되면, 제1 전극에 가까운 영역의 쪽이, 먼 영역보다도 강한 전계가 가하여져서, 제1 전극에 가까운 영역부터 제1 전극으로의 전하의 흐름을 확실하게 방지할 수 있다. 그리고, 전하 전송 기간에서, V22<V21라는 상태가 되면, 제1 전극에 가까운 영역부터 제1 전극으로의 전하의 흐름, 먼 영역부터 가까운 영역으로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다.In the imaging device according to the sixth aspect of the present disclosure, the cross-sectional area of the laminated portion varies depending on the distance from the first electrode, whereby a kind of charge transfer gradient is formed. Specifically, if a structure in which the thickness of the cross-section of the stacked portion is made constant and the width of the cross-section of the stacked portion becomes smaller from the first electrode is adopted, as described in the imaging device according to the fifth aspect of the present disclosure, In the charge accumulation period, when the state of V 12 ≥ V 11 is reached, more charges can be accumulated in a region closer to the first electrode than in a distant region. Therefore, in the charge transfer period, when V 22 <V 21 , the flow of charge from the region close to the first electrode to the first electrode and the flow of electric charge from the distant region to the close region can be reliably secured. have. On the other hand, if the width of the cross-section of the laminated portion is made constant and the structure of gradually increasing the thickness of the cross-section of the laminated portion, specifically, the thickness of the insulating layer segment, the imaging according to the first aspect of the present disclosure is adopted. As described in the device, in the state of charge accumulation, in the state of V 12 ≥ V 11 , the area closer to the first electrode can accumulate more electric charges than the distant area, and a strong electric field is applied. The flow of charge from the region close to one electrode to the first electrode can be reliably prevented. In the charge transfer period, when V 22 <V 21 , the flow of charge from the region close to the first electrode to the first electrode and the flow of electric charge from the distant region to the close region can be reliably secured. have. In addition, if a structure in which the thickness of the photoelectric conversion layer segment is gradually and thickly adopted is adopted, as in the imaging device according to the second aspect of the present disclosure, in the state of charge accumulation, in the state of V 12 ≥ V 11 , A region closer to the first electrode is applied with a stronger electric field than the distant region, so that the flow of charge from the region close to the first electrode to the first electrode can be reliably prevented. In the charge transfer period, when V 22 <V 21 , the flow of charge from the region close to the first electrode to the first electrode and the flow of electric charge from the distant region to the close region can be reliably secured. have.
또한, 본 개시의 제4의 양태∼제5의 양태에 관한 촬상 소자, 경우에 따라서는, 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 소자에서, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트의 각각에, 다른 전위를 가하는 경우,In addition, in the imaging elements according to the fourth to fifth aspects of the present disclosure, and in some cases, the imaging elements according to the third aspect of the present disclosure, different potentials are provided for each of the N charge accumulation electrode segments. If you add
제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높은 경우, 전하 전송 기간에서, 제1 전극에 가장 가까운 곳에 위치하는 전하 축적용 전극 세그먼트(제1번째의 광전변환부 세그먼트)에 인가되는 전위는, 제1 전극에 가장 먼 곳에 위치하는 전하 축적용 전극 세그먼트(제N번째의 광전변환부 세그먼트)에 인가되는 전위보다 높고,When the potential of the first electrode is higher than the potential of the second electrode, in the charge transfer period, the potential applied to the electrode segment for charge accumulation (the first photoelectric conversion section segment) located closest to the first electrode is: Higher than the potential applied to the electrode segment for accumulating charge (the Nth photoelectric conversion section segment) located at the farthest point from the first electrode,
제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 낮은 경우, 전하 전송 기간에서, 제1 전극에 가장 가까운 곳에 위치하는 전하 축적용 전극 세그먼트(제1번째의 광전변환부 세그먼트)에 인가되는 전위는, 제1 전극에 가장 먼 곳에 위치하는 전하 축적용 전극 세그먼트(제N번째의 광전변환부 세그먼트)에 인가되는 전위보다 낮은 형태로 할 수 있다.When the potential of the first electrode is lower than the potential of the second electrode, in the charge transfer period, the potential applied to the electrode segment for charge accumulation (the first photoelectric conversion section segment) located closest to the first electrode is: It can be set to a form lower than the potential applied to the electrode segment for accumulating charge (the Nth photoelectric conversion section segment) located at the farthest point from the first electrode.
나아가서는, 이상에 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 촬상 소자 등에서는, 광전변환층에 접속되고, 제1 전극 및 전하 축적용 전극과 이간하여 배치된 전하 배출 전극을 또한 구비하고 있는 형태로 할 수 있다. 또한, 이와 같은 형태의 본 개시의 촬상 소자 등을, 편의상, 『전하 배출 전극을 구비한 본 개시의 촬상 소자 등』이라고 부른다. 그리고, 전하 배출 전극을 구비한 본 개시의 촬상 소자 등에서, 전하 배출 전극은, 제1 전극 및 전하 축적용 전극을 둘러싸도록(즉, 액자형상으로) 배치되어 있는 형태로 할 수 있다. 전하 배출 전극은, 복수의 촬상 소자에서 공유화(공통화)할 수 있다. 그리고, 이 경우,Furthermore, in the imaging device of the present disclosure including various preferred forms and configurations described above, the photoelectric conversion layer is also connected, and further includes a first electrode and a charge discharging electrode disposed apart from the electrode for charge accumulation. It can be done in the form. In addition, the imaging element etc. of this indication of this form for convenience are called "the imaging element etc. of this indication provided with the charge discharge electrode" for convenience. In addition, in the imaging device of the present disclosure including a charge discharge electrode, the charge discharge electrode can be arranged so as to surround the first electrode and the charge accumulation electrode (that is, in a frame shape). The charge discharge electrode can be shared (commonized) by a plurality of imaging elements. And, in this case,
광전변환층은, 절연층에 마련된 제2 개구부 내를 연재되고, 전하 배출 전극과 접속되어 있고,The photoelectric conversion layer extends in the second opening provided in the insulating layer, and is connected to the charge discharge electrode,
전하 배출 전극의 정상면의 연부는 절연층으로 덮여 있고,The edge of the top surface of the charge discharge electrode is covered with an insulating layer,
제2 개구부의 저면에는 전하 배출 전극이 노출하여 있고,A charge discharge electrode is exposed on the bottom surface of the second opening,
전하 배출 전극의 정상면과 접하는 절연층의 면을 제3면, 전하 축적용 전극과 대향하는 광전변환층의 부분과 접하는 절연층의 면을 제2면으로 하였을 때, 제2 개구부의 측면은, 제3면부터 제2면을 향하여 넓어지는 경사를 갖는 형태로 할 수 있다.When the surface of the insulating layer in contact with the top surface of the charge discharge electrode is the third surface, and the surface of the insulating layer in contact with the portion of the photoelectric conversion layer facing the electrode for charge accumulation is the second surface, the side surface of the second opening is: It can be made into the shape which has the inclination widening toward the 2nd surface from 3 sides.
나아가서는, 전하 배출 전극을 구비한 본 개시의 촬상 소자 등에서는,Furthermore, in the image pickup device of the present disclosure provided with a charge discharge electrode,
반도체 기판에 마련되고, 구동 회로를 갖는 제어부를 또한 구비하고 있고,It is provided on the semiconductor substrate, and is also provided with a control unit having a driving circuit,
제1 전극, 전하 축적용 전극 및 전하 배출 전극은, 구동 회로에 접속되어 있고,The first electrode, the charge accumulation electrode, and the charge discharge electrode are connected to a driving circuit,
전하 축적 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극에 전위(V11)가 인가되고, 전하 축적용 전극에 전위(V12)가 인가되고, 전하 배출 전극에 전위(V14)가 인가되고, 광전변환층에 전하가 축적되고,In the charge accumulation period, from the driving circuit, is applied to the potential (V 11) to the first electrode, the charge is applied to the potential (V 12) to the accumulation electrode and the charge drain is applied to the potential (V 14) to the electrode, the photoelectric Electric charges accumulate in the conversion layer,
전하 전송 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극에 전위(V21)가 인가되고, 전하 축적용 전극에 전위(V22)가 인가되고, 전하 배출 전극에 전위(V24)가 인가되고, 광전변환층에 축적된 전하가 제1 전극을 통하여 제어부에 판독되는 구성으로 할 수 있다. 단, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높은 경우,In the charge transfer period, from the driving circuit, the applied electric potential (V 21) to the first electrode, and applying a potential (V 22) to the charge accumulation electrode, and applying a potential (V 24) to the charge drain electrode, the photoelectric It can be configured such that charges accumulated in the conversion layer are read to the control unit through the first electrode. However, when the potential of the first electrode is higher than the potential of the second electrode,
V14>V11, 또한, V24<V21 V 14 > V 11 , and also V 24 <V 21
이고, 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 낮은 경우,And, when the potential of the first electrode is lower than the potential of the second electrode,
V14<V11, 또한, V24>V21 V 14 <V 11 , and also V 24 > V 21
이다.to be.
이상에 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 촬상 소자 등에서,In the imaging device of the present disclosure, including various preferred forms and configurations described above,
반도체 기판에는, 제어부를 구성하는 적어도 부유 확산층 및 증폭 트랜지스터가 마련되어 있고,At least the floating diffusion layer and the amplifying transistor constituting the control unit are provided on the semiconductor substrate,
제1 전극은, 부유 확산층 및 증폭 트랜지스터의 게이트부에 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 나아가서는,The first electrode can be configured to be connected to the floating diffusion layer and the gate portion of the amplifying transistor. And, in this case, furthermore,
반도체 기판에는, 또한, 제어부를 구성하는 리셋·트랜지스터 및 선택 트랜지스터가 마련되어 있고,The semiconductor substrate is further provided with a reset transistor and a selection transistor constituting the control unit,
부유 확산층은, 리셋·트랜지스터의 일방의 소스/드레인 영역에 접속되어 있고,The floating diffusion layer is connected to one of the source / drain regions of the reset transistor,
증폭 트랜지스터의 일방의 소스/드레인 영역은, 선택 트랜지스터의 일방의 소스/드레인 영역에 접속되어 있고, 선택 트랜지스터의 타방의 소스/드레인 영역은 신호선에 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다.The source / drain region of one of the amplifying transistors is connected to one source / drain region of the selection transistor, and the other source / drain region of the selection transistor is connected to a signal line.
나아가서는, 이상에 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 촬상 소자 등에서, 전하 축적용 전극의 크기는 제1 전극보다도 큰 형태로 할 수 있다. 전하 축적용 전극의 면적을 S1', 제1 전극의 면적을 S1로 하였을 때, 한정하는 것은 아니지만,Furthermore, in the image pickup device of the present disclosure including various preferred forms and configurations described above, the size of the electrode for charge accumulation can be made larger than the first electrode. When the area of the electrode for charge accumulation is S 1 ′ and the area of the first electrode is S 1 , it is not limited,
4≤S1'/S1 4≤S 1 '/ S 1
를 만족하는 것이 바람직하다.It is preferable to satisfy.
나아가서는, 이상에 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 촬상 소자 등에서, 제2 전극측부터 광이 입사하고, 제2 전극 가까이의 광입사측에는 차광층이 형성되어 있는 형태로 할 수 있다. 또는 또한, 제2 전극측부터 광이 입사하고, 제1 전극에는 광이 입사하지 않은 형태로 할 수 있고, 이 경우, 제2 전극 가까이의 광입사측으로서, 제1 전극의 상방에는 차광층이 형성되어 있는 구성으로 할 수 있고, 또는 또한,Furthermore, in the imaging device of the present disclosure including various preferred forms and configurations described above, light can be incident from the second electrode side and a light-shielding layer is formed on the light incident side near the second electrode. have. Alternatively, light may be incident from the second electrode side, and light may not be incident on the first electrode. In this case, as a light incident side near the second electrode, a light blocking layer is provided above the first electrode. Can be of a structure that is formed, or
전하 축적용 전극 및 제2 전극의 상방에는 온 칩·마이크로·렌즈가 마련되어 있고,On-chip micro lenses are provided above the charge accumulation electrode and the second electrode,
온 칩·마이크로·렌즈에 입사하는 광은, 전하 축적용 전극에 집광되는 구성으로 할 수 있다. 여기서, 차광층은, 제2 전극의 광입사측의 면보다도 상방에 배설되어도 좋고, 제2 전극의 광입사측의 면의 위에 배설되어도 좋다. 경우에 따라서는, 제2 전극에 차광층이 형성되어 있어도 좋다. 차광층을 구성하는 재료로서, 크롬(Cr)이나 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 광을 통과시키지 않는 수지(예를 들면, 폴리이미드 수지)를 예시할 수 있다.The light incident on the on-chip micro-lens can be configured to be condensed on an electrode for charge accumulation. Here, the light shielding layer may be disposed above the surface of the second electrode on the light incident side, or may be disposed on the surface of the second electrode on the light incident side. In some cases, a light shielding layer may be formed on the second electrode. As a material constituting the light-shielding layer, chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), tungsten (W), and a resin that does not pass light (for example, polyimide resin) can be exemplified.
본 개시의 촬상 소자로서, 구체적으로는, 청색의 광(425㎚ 내지 495㎚의 광)을 흡수하는 광전변환층(편의상, 『제1 타입의 청색 광전변환층』이라고 부른다)을 구비한 청색에 감도를 갖는 촬상 소자(편의상, 『제1 타입의 청색용 촬상 소자』라고 부른다), 녹색의 광(495㎚ 내지 570㎚의 광)을 흡수하는 광전변환층(편의상, 『제1 타입의 녹색 광전변환층』이라고 부른다)을 구비한 녹색에 감도를 갖는 촬상 소자(편의상, 『제1 타입의 녹색용 촬상 소자』라고 부른다), 적색의 광(620㎚ 내지 750㎚의 광)을 흡수하는 광전변환층(편의상, 『제1 타입의 적색 광전변환층』이라고 부른다)을 구비한 적색에 감도를 갖는 촬상 소자(편의상, 『제1 타입의 적색용 촬상 소자』라고 부른다)를 들 수 있다. 또한, 전하 축적용 전극을 구비하지 않는 종래의 촬상 소자로서, 청색에 감도를 갖는 촬상 소자를, 편의상, 『제2 타입의 청색용 촬상 소자』라고 부르고, 녹색에 감도를 갖는 촬상 소자를, 편의상, 『제2 타입의 녹색용 촬상 소자』라고 부르고, 적색에 감도를 갖는 촬상 소자를, 편의상, 『제2 타입의 적색용 촬상 소자』라고 부르고, 제2 타입의 청색용 촬상 소자를 구성하는 광전변환층을, 편의상, 『제2 타입의 청색 광전변환층』이라고 부르고, 제2 타입의 녹색용 촬상 소자를 구성하는 광전변환층을, 편의상, 『제2 타입의 녹색 광전변환층』이라고 부르고, 제2 타입의 적색용 촬상 소자를 구성하는 광전변환층을, 편의상, 『제2 타입의 적색 광전변환층』이라고 부른다.As an imaging element of the present disclosure, specifically, to a blue color provided with a photoelectric conversion layer (for convenience, referred to as "the first type of blue photoelectric conversion layer") that absorbs blue light (light of 425 nm to 495 nm). Sensitive imaging device (for convenience, referred to as " first type of blue imaging device "), photoelectric conversion layer that absorbs green light (light from 495 nm to 570 nm) (for convenience, "first type of green photoelectricity" An imaging element having a sensitivity to green, which is called a "conversion layer" (for convenience, referred to as "the first type of green imaging element"), a photoelectric conversion that absorbs red light (lights from 620 nm to 750 nm) And an imaging element having a sensitivity to red with a layer (for convenience, referred to as "the first type of red photoelectric conversion layer") (for convenience, referred to as "the first type of red imaging element"). In addition, as a conventional imaging element that does not include an electrode for accumulating charge, an imaging element having sensitivity to blue is referred to as " a second type of imaging element for blue " for convenience, and an imaging element having sensitivity to green is used for convenience. , A " second type of green imaging element ", and for convenience, an imaging element having a sensitivity to red is called " second type of red imaging element ", and a photoelectric constituting a second type of blue imaging element For convenience, the conversion layer is referred to as "the second type of blue photoelectric conversion layer", and for convenience, the photoelectric conversion layer constituting the second type of green imaging device is referred to as "the second type of green photoelectric conversion layer", For convenience, the photoelectric conversion layer constituting the second type of red imaging device is referred to as " second type red photoelectric conversion layer ".
본 개시의 적층형 촬상 소자는, 적어도 본 개시의 촬상 소자(광전변환 소자)를 하나 갖는데, 구체적으로는, 예를 들면,The multilayered imaging element of the present disclosure has at least one imaging element (photoelectric conversion element) of the present disclosure, specifically, for example,
[A] 제1 타입의 청색용 광전변환부, 제1 타입의 녹색용 광전변환부 및 제1 타입의 적색용 광전변환부가, 수직 방향으로 적층되고,[A] The first type of blue photoelectric conversion part, the first type of green photoelectric conversion part and the first type of red photoelectric conversion part are stacked in the vertical direction,
제1 타입의 청색용 촬상 소자, 제1 타입의 녹색용 촬상 소자 및 제1 타입의 적색용 촬상 소자의 제어부의 각각이, 반도체 기판에 마련된 구성, 구조The structure and structure of each of the control units of the first type of blue imaging element, the first type of green imaging element, and the first type of red imaging element are provided on the semiconductor substrate
[B] 제1 타입의 청색용 광전변환부 및 제1 타입의 녹색용 광전변환부가, 수직 방향으로 적층되고,[B] The photoelectric conversion unit for blue of the first type and the photoelectric conversion unit for green of the first type are stacked in the vertical direction,
그들 2층의 제1 타입의 광전변환부의 하방에, 제2 타입의 적색용 광전변환부가 배치되고,A photoelectric conversion section for red of the second type is disposed below the first type photoelectric conversion section of the two layers,
제1 타입의 청색용 촬상 소자, 제1 타입의 녹색용 촬상 소자 및 제2 타입의 적색용 촬상 소자의 제어부의 각각이, 반도체 기판에 마련된 구성, 구조The structure and structure of each of the control units of the first type blue imaging element, the first type green imaging element, and the second type red imaging element are provided on the semiconductor substrate.
[C] 제1 타입의 녹색용 광전변환부의 하방에, 제2 타입의 청색용 광전변환부 및 제2 타입의 적색용 광전변환부가 배치되고,[C] Below the first type of green photoelectric conversion unit, a second type of blue photoelectric conversion unit and a second type of red photoelectric conversion unit are arranged,
제1 타입의 녹색용 촬상 소자, 제2 타입의 청색용 촬상 소자 및 제2 타입의 적색용 촬상 소자의 제어부의 각각이, 반도체 기판에 마련된 구성, 구조The structure and structure of each of the control units of the first type green imaging element, the second type blue imaging element, and the second type red imaging element are provided on the semiconductor substrate.
[D] 제1 타입의 청색용 광전변환부의 하방에, 제2 타입의 녹색용 광전변환부 및 제2 타입의 적색용 광전변환부가 배치되고,[D] Below the first type blue photoelectric conversion section, the second type green photoelectric conversion section and the second type red photoelectric conversion section are arranged,
제1 타입의 청색용 촬상 소자, 제2 타입의 녹색용 촬상 소자 및 제2 타입의 적색용 촬상 소자의 제어부의 각각이, 반도체 기판에 마련된 구성, 구조를Each of the control units of the first type of blue imaging element, the second type of green imaging element, and the second type of red imaging element is configured and structure provided on the semiconductor substrate.
들 수 있다. 또한, 이들의 촬상 소자의 광전변환부의 수직 방향에서의 배치순서는, 광입사 방향부터 청색용 광전변환부, 녹색용 광전변환부, 적색용 광전변환부의 순서, 또는, 광입사 방향부터 녹색용 광전변환부, 청색용 광전변환부, 적색용 광전변환부의 순서인 것이 바람직하다. 이것은, 보다 짧은 파장의 광이 보다 입사 표면측에서 효율 좋게 흡수되기 때문이다. 적색은 3색 중에서는 가장 길다란 파장이기 때문에, 광입사면에서 보아 적색용 광전변환부를 최하층에 위치시키는 것이 바람직하다. 이들의 촬상 소자의 적층 구조에 의해, 하나의 화소가 구성된다. 또한, 제1 타입의 적외선용 광전변환부를 구비하고 있어도 좋다. 여기서, 제1 타입의 적외선용 광전변환부의 광전변환층은, 예를 들면, 유기계 재료로 구성되고, 제1 타입의 촬상 소자의 적층 구조의 최하층이고, 제2 타입의 촬상 소자보다도 위에 배치하는 것이 바람직하다. 또는 또한, 제1 타입의 광전변환부의 하방에, 제2 타입의 적외선용 광전변환부를 구비하고 있어도 좋다.Can be lifted. In addition, the order of arrangement of these imaging elements in the vertical direction of the photoelectric conversion part is the order of the blue photoelectric conversion part, the green photoelectric conversion part, the red photoelectric conversion part from the light incident direction, or the green photoelectric from the light incident direction. It is preferable that it is the order of a conversion part, a blue photoelectric conversion part, and a red photoelectric conversion part. This is because light of a shorter wavelength is absorbed more efficiently from the incident surface side. Since red is the longest wavelength among the three colors, it is preferable to position the red photoelectric conversion section in the lowermost layer from the light incident surface. One pixel is constituted by the stacked structure of these imaging elements. Further, a first type of infrared photoelectric conversion unit may be provided. Here, the photoelectric conversion layer of the first type infrared photoelectric conversion unit is made of, for example, an organic material, is the lowermost layer of the stacked structure of the first type imaging element, and is disposed above the second type imaging element. desirable. Alternatively, a photoelectric conversion unit for infrared rays of the second type may be provided below the first type photoelectric conversion unit.
제1 타입의 촬상 소자에서는, 예를 들면, 제1 전극이, 반도체 기판의 위에 마련된 층간 절연층상에 형성되어 있다. 반도체 기판에 형성된 촬상 소자는, 이면 조사형으로 할 수도 있고, 표면 조사형으로 할 수도 있다.In the first type of imaging element, for example, a first electrode is formed on an interlayer insulating layer provided on a semiconductor substrate. The imaging element formed on the semiconductor substrate may be of a backside irradiation type or a surface irradiation type.
광전변환층을 유기계 재료로 구성하는 경우, 광전변환층을,When the photoelectric conversion layer is made of an organic material, the photoelectric conversion layer,
(1) p형 유기 반도체로 구성한다.(1) It consists of a p-type organic semiconductor.
(2) n형 유기 반도체로 구성한다.(2) It consists of an n-type organic semiconductor.
(3) p형 유기 반도체층/n형 유기 반도체층의 적층 구조로 구성한다. p형 유기 반도체층/p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체와의 혼합층(벌크 헤테로 구조)/n형 유기 반도체층의 적층 구조로 구성한다. p형 유기 반도체층/p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체와의 혼합층(벌크 헤테로 구조)의 적층 구조로 구성한다. n형 유기 반도체층/p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체와의 혼합층(벌크 헤테로 구조)의 적층 구조로 구성한다.(3) It consists of the laminated structure of p-type organic semiconductor layer / n-type organic semiconductor layer. It consists of a stacked structure of a p-type organic semiconductor layer / p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor mixed layer (bulk heterostructure) / n-type organic semiconductor layer. It consists of a laminated structure of a mixed layer (bulk heterostructure) of a p-type organic semiconductor layer / p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor. It consists of a laminated structure of a mixed layer (bulk heterostructure) of an n-type organic semiconductor layer / p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor.
(4) p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체의 혼합(벌크 헤테로 구조)로 구성한다.(4) It is composed of a mixture of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor (bulk heterostructure).
의 4양태의 어느 하나로 할 수 있다. 단, 적층순서는 임의로 교체한 구성으로 할 수 있다.It can be any one of the 4 aspects of. However, the stacking order may be configured in an arbitrary replacement.
p형 유기 반도체로서, 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 테트라센 유도체, 펜타센 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 티오펜 유도체, 티에노티오펜 유도체, 벤조티오펜 유도체, 벤조티에노벤조티오펜 유도체, 트리알릴아민 유도체, 카르바졸 유도체, 페릴렌 유도체, 피센 유도체, 크리센 유도체, 플루오란텐 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 서브프탈로시아닌 유도체, 서브포르피라진 유도체, 복소환 화합물을 배위자로 하는 금속 착체, 폴리티오펜 유도체, 폴리벤조티아디아졸 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 들 수 있다. n형 유기 반도체로서, 풀러렌 및 풀러렌 유도체<예를 들면, C60이나, C70, C74 등의 풀러렌(고차 풀러렌), 내포 풀러렌 등) 또는 풀러렌 유도체(예를 들면, 풀러렌불화물이나 PCBM 풀러렌 화합물, 풀러렌 다량체 등)>, p형 유기 반도체보다도 HOMO 및 LUMO가 큰(깊은) 유기 반도체, 투명한 무기 금속산화물을 들 수 있다. n형 유기 반도체로서, 구체적으로는, 질소 원자, 산소 원자, 유황 원자를 함유하는 복소환 화합물, 예를 들면, 피리딘 유도체, 피라진 유도체, 피리미딘 유도체, 트리아진 유도체, 퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 이소퀴놀린 유도체, 아크리딘 유도체, 페나진 유도체, 페난트롤린 유도체, 테트라졸 유도체, 피라졸 유도체, 이미다졸 유도체, 티아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 이미다졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 벤조트리아졸 유도체, 벤조옥사졸 유도체, 벤조옥사졸 유도체, 카르바졸 유도체, 벤조푸란 유도체, 디벤조푸란 유도체, 서브포르피라진 유도체, 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리벤조티아디아졸 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 분자 골격의 일부에 갖는 유기 분자, 유기 금속 착체나 서브프탈로시아닌 유도체를 들 수 있다. 풀러렌 유도체에 포함되는 기(基) 등으로서, 할로겐 원자 ; 직쇄, 분기 또는 환상의 알킬기 또는 페닐기 ; 직쇄 또는 축환한 방향족 화합물을 갖는 기 ; 할로겐 화물을 갖는 기 ; 파셜플루오로알킬기 ; 퍼플루오로알킬기 ; 실릴알킬기 ; 실릴알콕시기 ; 아릴실릴기 ; 아릴술파닐기 ; 알킬술파닐기 ; 아릴술포닐기 ; 알킬술포닐기 ; 아릴술피드기 ; 알킬술피드기 ; 아미노기 ; 알킬아미노기 ; 아릴아미노기 ; 히드록시기 ; 알콕시기 ; 아실아미노기 ; 아실옥시기 ; 카르보닐기 ; 카르복시기 ; 카르복소아미드기 ; 카르보알콕시기 ; 아실기 ; 술포닐기 ; 시아노기 ; 니트로기 ; 칼코겐화물을 갖는 기 ; 포스핀기 ; 포스폰기 ; 이들의 유도체를 들 수 있다. 유기계 재료로 구성된 광전변환층(『유기 광전변환층』이라고 부르는 경우가 있다)의 두께는, 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 1×10-8m 내지 5×10-7m, 바람직하게는 2.5×10-8m 내지 3×10-7m, 보다 바람직하게는 2.5×10-8m 내지 2×10-7m, 한층 바람직하게는 1×10-7m 내지 1.8×10-7m를 예시할 수 있다. 또한, 유기 반도체는, p형, n형으로 분류되는 것이 많은데, p형이란 정공을 수송하기 쉽다는 의미이고, n형이란 전자를 수송하기 쉽다는 의미이고, 무기 반도체와 같이 열여기(熱勵起)의 다수 캐리어로서 정공 또는 전자를 갖고 있다는 해석으로 한정되지 않는다.As a p-type organic semiconductor, a naphthalene derivative, anthracene derivative, phenanthrene derivative, pyrene derivative, perylene derivative, tetracene derivative, pentacene derivative, quinacridone derivative, thiophene derivative, thienothiophene derivative, benzothiophene derivative, Coordinator of benzothienobenzothiophene derivatives, triallylamine derivatives, carbazole derivatives, perylene derivatives, picene derivatives, chrysene derivatives, fluoranthene derivatives, phthalocyanine derivatives, subphthalocyanine derivatives, subporphyrazine derivatives, heterocyclic compounds Metal complexes, polythiophene derivatives, polybenzothiadiazole derivatives, polyfluorene derivatives, and the like. As an n-type organic semiconductor, fullerene and fullerene derivatives <e.g., fullerenes (higher fullerenes) such as C60, C70, C74, nested fullerenes, etc.) or fullerene derivatives (e.g. fullerene fluoride, PCBM fullerene compounds, fullerenes) Sieve)>, an organic semiconductor having a larger (deeper) HOMO and LUMO than a p-type organic semiconductor, and a transparent inorganic metal oxide. As an n-type organic semiconductor, specifically, a heterocyclic compound containing a nitrogen atom, an oxygen atom, and a sulfur atom, such as a pyridine derivative, a pyrazine derivative, a pyrimidine derivative, a triazine derivative, a quinoline derivative, a quinoxaline derivative, Isoquinoline derivative, acridine derivative, phenazine derivative, phenanthroline derivative, tetrazole derivative, pyrazole derivative, imidazole derivative, thiazole derivative, oxazole derivative, imidazole derivative, benzoimidazole derivative, benzotriazole Derivatives, benzoxazole derivatives, benzoxazole derivatives, carbazole derivatives, benzofuran derivatives, dibenzofuran derivatives, subporpyrazine derivatives, polyphenylenevinylene derivatives, polybenzothiadiazole derivatives, polyfluorene derivatives, etc. And organic molecules, organometallic complexes, and subphthalocyanine derivatives on a part of the molecular skeleton. Examples of the group contained in the fullerene derivative include a halogen atom; Straight-chain, branched or cyclic alkyl groups or phenyl groups; A group having a straight-chain or condensed aromatic compound; A group having a halide; Partial fluoroalkyl group; Perfluoroalkyl group; Silylalkyl group; Silylalkoxy groups; Arylsilyl group; Arylsulfanyl group; Alkyl sulfanyl groups; Arylsulfonyl group; Alkyl sulfonyl groups; Aryl sulfide group; Alkyl sulfide groups; Amino group; Alkyl amino groups; Arylamino group; Hydroxy group; Alkoxy group; Acylamino group; Acyloxy group; Carbonyl group; Carboxy group; Carboxamide groups; Carboalkoxy group; Acyl group; Sulfonyl group; Cyano group; Nitro group; A group having a chalcogenide; Phosphine group; Phosphonic group; And derivatives thereof. The thickness of the photoelectric conversion layer (sometimes referred to as "organic photoelectric conversion layer") made of an organic material is not limited, but is, for example, 1 × 10 -8 m to 5 × 10 -7 m, preferably 2.5 × 10 -8 m to 3 × 10 -7 m, more preferably 2.5 × 10 -8 m to 2 × 10 -7 m, still more preferably 1 × 10 -7 m to 1.8 × 10 -7 m Can be illustrated. In addition, organic semiconductors are often classified into p-type and n-type, and p-type means easy to transport holes, n-type means easy to transport electrons, and heat excitation like inorganic semiconductor (熱 勵It is not limited to the interpretation that it has holes or electrons as the majority carrier of iv).
또는 또한, 녹색의 파장의 광을 광전변환하는 유기 광전변환층을 구성하는 재료로서, 예를 들면, 로다민계 색소, 메로시아닌 색소, 퀴나크리돈 유도체, 서브프탈로시아닌계 색소(서브프탈로시아닌 유도체) 등을 들 수 있고, 청색의 광을 광전변환하는 유기 광전변환층을 구성하는 재료로서, 예를 들면, 쿠마린산 색소, 트리스-8-히드록시퀴놀리알루미늄(Alq3), 메로시아닌 색소 등을 들 수 있고, 적색의 광을 광전변환하는 유기 광전변환층을 구성하는 재료로서, 예를 들면, 프탈로시아닌계 색소, 서브프탈로시아닌계 색소(서브프탈로시아닌 유도체)를 들 수 있다.Alternatively, as a material constituting an organic photoelectric conversion layer that photoelectrically converts light of a green wavelength, for example, rhodamine-based pigments, merocyanine pigments, quinacridone derivatives, subphthalocyanine pigments (subphthalocyanine derivatives), etc. Examples of the material constituting the organic photoelectric conversion layer that photoelectrically converts blue light include, for example, coumarin acid pigments, tris-8-hydroxyquinolialuminum (Alq3), and merocyanine pigments. Examples of the material constituting the organic photoelectric conversion layer for photoelectric conversion of red light include phthalocyanine-based pigments and subphthalocyanine-based pigments (subphthalocyanine derivatives).
또는 또한, 광전변환층을 구성하는 무기계 재료로서, 결정 실리콘, 어모퍼스 실리콘, 미결정 실리콘, 결정 셀렌, 어모퍼스 셀렌, 및, 칼코파이라이트계 화합물인 CIGS(CuInGaSe), CIS(CuInSe2), CuInS2, CuAlS2, CuAlSe2, CuGaS2, CuGaSe2, AgAlS2, AgAlSe2, AgInS2, AgInSe2, 또는 또한, Ⅲ-V족 화합물인 GaAs, InP, AlGaAs, InGaP, AlGaInP, InGaAsP, 나아가서는, CdSe, CdS, In2Se3, In2S3, Bi2Se3, Bi2S3, ZnSe, ZnS, PbSe, PbS 등의 화합물 반도체를 들 수 있다. 더하여, 이들의 재료로 이루어지는 양자(量子) 도트를 광전변환층에 사용하는 것도 가능하다.Or, as an inorganic material constituting the photoelectric conversion layer, crystalline silicon, amorphous silicon, microcrystalline silicon, crystalline selenium, amorphous selenium, and a calcopyrite-based compound CIGS (CuInGaSe), CIS (CuInSe 2 ), CuInS 2 , CuAlS 2 , CuAlSe 2 , CuGaS 2 , CuGaSe 2 , AgAlS 2 , AgAlSe 2 , AgInS 2 , AgInSe 2 , or also a group III-V compound GaAs, InP, AlGaAs, InGaP, AlGaInP, InGaAsP, furthermore, CdSe, And compound semiconductors such as CdS, In2Se 3 , In2S 3 , Bi2Se 3 , Bi 2 S 3 , ZnSe, ZnS, PbSe, and PbS. In addition, it is also possible to use quantum dots made of these materials for the photoelectric conversion layer.
또는 또한, 광전변환층을, 하층 반도체층과, 상층 광전변환층의 적층 구조로 할 수 있다. 이와 같이 하층 반도체층을 마련함으로써, 전하 축적시의 재결합을 방지할 수 있고, 광전변환층에 축적한 전하의 제1 전극으로의 전송 효율을 증가시킬 수 있고, 암전류의 생성을 억제할 수 있다. 상층 광전변환층을 구성하는 재료는, 상기한 광전변환층을 구성하는 각종 재료로부터, 적절히, 선택하면 좋다. 한편, 하층 반도체층을 구성하는 재료로서, 밴드 갭 에너지의 값이 크고(예를 들면, 3.0eV 이상의 밴드 갭 에너지의 값), 게다가, 광전변환층을 구성하는 재료보다도 높은 이동도를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, IGZO 등의 산화물 반도체 재료 ; 천이금속 다이 칼코게나이드 ; 실리콘 카바이드 ; 다이아몬드 ; 그라펜 ; 카본 나노 튜브 ; 축합 다환 탄화수소 화합물이나 축합 복소환 화합물 등의 유기 반도체 재료를 들 수 있다. 또는 또한, 하층 반도체층을 구성하는 재료로서, 축적하여야 할 전하가 전자인 경우, 광전변환층을 구성하는 재료의 이온화 포텐셜보다도 큰 이온화 포텐셜을 갖는 재료를 들 수 있고, 축적하여야 할 전하가 정공인 경우, 광전변환층을 구성하는 재료의 전자 친화력보다도 작은 전자 친화력을 갖는 재료를 들 수 있다. 또는 또한, 하층 반도체층을 구성하는 재료에서의 불순물 농도는 1×1018㎝-3 이하인 것이 바람직하다. 하층 반도체층은, 단층구성이라도 좋고, 다층 구성이라도 좋다. 또한, 전하 축적용 전극의 상방에 위치하는 하층 반도체층을 구성하는 재료와, 제1 전극의 상방에 위치하는 하층 반도체층을 구성하는 재료를, 다르게 하여도 좋다.Alternatively, the photoelectric conversion layer can be a stacked structure of a lower layer semiconductor layer and an upper layer photoelectric conversion layer. By providing the lower layer semiconductor layer in this way, recombination at the time of charge accumulation can be prevented, the transfer efficiency of the charge accumulated in the photoelectric conversion layer to the first electrode can be increased, and generation of dark current can be suppressed. The material constituting the upper layer photoelectric conversion layer may be appropriately selected from various materials constituting the photoelectric conversion layer described above. On the other hand, as a material constituting the lower layer semiconductor layer, a material having a large band gap energy value (for example, a band gap energy value of 3.0 eV or more) and a material having a higher mobility than the material constituting the photoelectric conversion layer. It is preferred to use. Specifically, oxide semiconductor materials, such as IGZO; Transition metal die chalcogenide; Silicon carbide; Diamond ; Graphene; Carbon nanotubes; And organic semiconductor materials such as condensed polycyclic hydrocarbon compounds and condensed heterocyclic compounds. Alternatively, as the material constituting the lower layer semiconductor layer, if the charge to be accumulated is electrons, a material having an ionization potential greater than that of the material constituting the photoelectric conversion layer may be mentioned, and the charge to be accumulated is a hole In this case, a material having an electron affinity smaller than the electron affinity of the material constituting the photoelectric conversion layer may be mentioned. Alternatively, the impurity concentration in the material constituting the lower semiconductor layer is preferably 1 × 10 18 cm -3 or less. The lower layer semiconductor layer may have a single layer structure or a multilayer structure. Further, the material constituting the lower semiconductor layer located above the electrode for charge accumulation may be different from the material constituting the lower semiconductor layer located above the first electrode.
본 개시의 제1의 양태∼제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치에 의해, 단판식 컬러 고체 촬상 장치를 구성할 수 있다.The solid-state imaging device according to the first to fourth aspects of the present disclosure can constitute a single-plate color solid-state imaging device.
적층형 촬상 소자를 구비한 본 개시의 제2의 양태 또는 제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 베이어 배열의 촬상 소자를 구비한 고체 촬상 장치와 달리(즉, 컬러 필터를 이용하여 청색, 녹색, 적색의 분광을 행하는 것이 아니라), 동일 화소 내에서 광의 입사 방향에서, 복수종의 파장의 광에 대해 감도를 갖는 촬상 소자를 적층하여 하나의 화소를 구성하기 때문에, 감도의 향상 및 단위체적당의 화소 밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 유기계 재료는 흡수 계수가 높기 때문에, 유기 광전변환층의 막두께를 종래의 Si계 광전변환층과 비교하여 얇게 할 수 있고, 인접 화소로부터의 광 누설이나, 광의 입사각의 제한이 완화된다. 나아가서는, 종래의 Si계 촬상 소자에서는 3색의 화소 사이에서 보간 처리를 행하여 색 신호를 작성하기 때문에 위색이 생기지만, 적층형 촬상 소자를 구비한 본 개시의 제2의 양태 또는 제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 위색의 발생이 억제된다. 유기 광전변환층 그 자체가 컬러 필터로서도 기능하기 때문에, 컬러 필터를 마련하지 않더라도 색 분리가 가능하다.In the solid-state imaging device according to the second or fourth aspect of the present disclosure having a stacked imaging device, unlike a solid-state imaging device equipped with a Bayer array of imaging devices (i.e., blue, green, using a color filter), Rather than performing spectroscopy in red), since an imaging element having sensitivity to light of a plurality of wavelengths is stacked to form a single pixel in the direction of incidence of light within the same pixel, the sensitivity is improved and pixels per unit volume Density can be improved. In addition, since the organic material has a high absorption coefficient, the film thickness of the organic photoelectric conversion layer can be made thinner compared to the conventional Si-based photoelectric conversion layer, and the light leakage from adjacent pixels and the limitation of the incident angle of light are alleviated. Furthermore, in the conventional Si-based imaging element, a false color occurs because an interpolation process is performed between pixels of three colors to produce a color signal, but the second aspect or the fourth aspect of the present disclosure provided with the multilayered imaging element In the solid-state imaging device concerned, the occurrence of false color is suppressed. Since the organic photoelectric conversion layer itself also functions as a color filter, color separation is possible without providing a color filter.
한편, 본 개시의 제1의 양태, 제2의 양태 또는 제3의 양태에 관한 고체 촬상 장치에서는, 컬러 필터를 이용함으로써, 청색, 녹색, 적색의 분광 특성에의 요구를 완화할 수 있고, 또한, 높은 양산성을 갖는다. 본 개시의 제1의 양태, 제2의 양태 또는 제3의 양태에 관한 고체 촬상 장치에서의 촬상 소자의 배열로서, 베이어 배열 외에, 인터라인 배열, G스트라이프 RB 체크무늬 배열, G스트라이프 RB 완전 체크무늬 배열, 체크무늬 보색 배열, 스트라이프 배열, 경사스트라이프 배열, 원색 색차 배열, 필드 색차 순차 배열, 프레임 색차 순차 배열, MOS형 배열, 개량 MOS형 배열, 프레임 인터리브 배열, 필드 인터리브 배열을 들 수 있다. 여기서, 하나의 촬상 소자에 의해 하나의 화소(또는 부화소)가 구성된다.On the other hand, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the second aspect, or the third aspect of the present disclosure, by using a color filter, the demand for blue, green, and red spectral characteristics can be alleviated, and , Has high mass productivity. An array of imaging elements in the solid-state imaging device according to the first aspect, the second aspect, or the third aspect of the present disclosure, in addition to the Bayer arrangement, an interline arrangement, a G-stripe RB checkered arrangement, a G-stripe RB full check Pattern arrangement, checkered complementary color arrangement, stripe arrangement, inclined stripe arrangement, primary color difference arrangement, field color difference sequence, frame color difference sequence, MOS type arrangement, improved MOS type arrangement, frame interleaved arrangement, field interleaved arrangement. Here, one pixel (or sub-pixel) is constituted by one imaging element.
본 개시의 촬상 소자 또는 본 개시의 적층형 촬상 소자가 복수 배열된 화소 영역은, 2차원 어레이형상으로 규칙적으로 복수 배열된 화소로 구성된다. 화소 영역은, 통상, 실제로 광을 수광하고 광전변환에 의해 생성된 신호 전하를 증폭하여 구동 회로에 판독하는 유효 화소 영역과, 흑레벨의 기준이 되는 광학적 흑을 출력하기 위한 흑기준 화소 영역으로 구성되어 있다. 흑기준 화소 영역은, 통상은, 유효 화소 영역의 외주부에 배치되어 있다.A pixel region in which a plurality of the imaging elements of the present disclosure or the stacked imaging elements of the present disclosure are arranged is composed of pixels that are regularly arranged in a two-dimensional array shape. The pixel region is generally composed of an effective pixel region that receives light and amplifies the signal charge generated by photoelectric conversion and reads it into a driving circuit, and a black reference pixel region for outputting optical black as a reference for the black level. It is done. The black reference pixel area is usually arranged on the outer peripheral portion of the effective pixel area.
이상에 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 촬상 소자 등에서, 광이 조사되고, 광전변환층에서 광전변환이 생기고, 정공(홀)과 전자가 캐리어 분리된다. 그리고, 정공이 취출되는 전극을 양극, 전자가 취출되는 전극을 음극으로 한다. 제1 전극이 양극을 구성하고, 제2 전극이 음극을 구성하는 형태도 있고, 역으로, 제1 전극이 음극을 구성하고, 제2 전극이 양극을 구성하는 형태도 있다.In the imaging device of the present disclosure including various preferred forms and configurations described above, light is irradiated, photoelectric conversion occurs in the photoelectric conversion layer, and holes (holes) and electrons are carrier separated. In addition, an electrode from which holes are taken out is an anode, and an electrode from which electrons are taken out is a cathode. There are also forms in which the first electrode constitutes the anode, and the second electrode constitutes the cathode, and conversely, the first electrode constitutes the cathode and the second electrode constitutes the anode.
적층형 촬상 소자를 구성하는 경우, 제1 전극, 전하 축적용 전극, 전송 제어용 전극, 전하 배출 전극 및 제2 전극은 투명 도전 재료로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 또한, 제1 전극, 전하 축적용 전극, 전송 제어용 전극 및 전하 배출 전극을 총칭하여, 『제1 전극 등』이라고 부르는 경우가 있다. 또는 또한, 본 개시의 촬상 소자 등이, 예를 들면 베이어 배열과 같이 평면에 배치되는 경우에는, 제2 전극은 투명 도전 재료로 이루어지고, 제1 전극 등은 금속재료로 이루어지는 구성으로 할 수 있고, 이 경우, 구체적으로는, 광입사측에 위치하는 제2 전극은 투명 도전 재료로 이루어지고, 제1 전극 등은, 예를 들면, Al-Nd(알루미늄 및 네오디뮴의 합금) 또는 ASC(알루미늄, 사마륨 및 구리의 합금)로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 또한, 투명 도전 재료로 이루어지는 전극을 『투명 전극』이라고 부르는 경우가 있다. 여기서, 투명 도전 재료의 밴드 갭 에너지는, 2.5eV 이상, 바람직하게는 3.1eV 이상인 것이 바람직하다. 투명 전극을 구성하는 투명 도전 재료로서, 도전성이 있는 금속산화물을 들 수 있고, 구체적으로는, 산화인듐, 인듐-주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide, Sn 도프의 In2O3, 결정성 ITO 및 어모퍼스 ITO를 포함한다), 산화아연에 도펀트로서 인듐을 첨가한 인듐-아연산화물(IZO, Indium Zinc Oxide), 산화갈륨에 도펀트로서 인듐을 첨가한 인듐-갈륨산화물(IGO), 산화아연에 도펀트로서 인듐과 갈륨을 첨가한 인듐-갈륨-아연산화물(IGZO, In-GaZnO4), 산화아연에 도펀트로서 인듐과 주석을 첨가한 인듐-주석-아연산화물(ITZO), IFO(F 도프의 In2O3), 산화주석(SnO2), ATO(Sb 도프의 SnO2), FTO(F 도프의 SnO2), 산화아연(타 원소를 도프 한 ZnO를 포함한다), 산화아연에 도펀트로서 알루미늄을 첨가한 알루미늄-아연산화물(AZO), 산화아연에 도펀트로서 갈륨을 첨가한 갈륨-아연산화물(GZO), 산화티탄(TiO2), 산화티탄에 도펀트로서 니오브를 첨가한 니오브-티탄산화물(TNO), 산화안티몬, 스피넬형 산화물, YbFe2O4 구조를 갖는 산화물을 예시할 수 있다. 또는 또한, 갈륨산화물, 티탄산화물, 니오브산화물, 니켈산화물 등을 모층(母層)으로 하는 투명 전극을 들 수 있다. 투명 전극의 두께로서, 2×10-8m 내지 2×10-7m, 바람직하게는 3×10-8m 내지 1×10-7m를 들 수 있다. 제1 전극이 투명성이 요구되는 경우, 제조 프로세스의 간소화라는 관점에서, 전하 배출 전극도 투명 도전 재료로 구성하는 것이 바람직하다.In the case of forming a stacked-type imaging element, the first electrode, the electrode for charge accumulation, the electrode for transfer control, the charge discharge electrode, and the second electrode can be configured with a transparent conductive material. In addition, the first electrode, the electrode for charge accumulation, the electrode for transfer control, and the charge discharge electrode are collectively called "first electrode, etc.". Alternatively, when the imaging device of the present disclosure is disposed in a plane such as, for example, a Bayer arrangement, the second electrode may be made of a transparent conductive material, and the first electrode or the like may be made of a metal material. , In this case, specifically, the second electrode located on the light incident side is made of a transparent conductive material, and the first electrode or the like is, for example, Al-Nd (alloy of aluminum and neodymium) or ASC (aluminum, Alloy of samarium and copper). In addition, an electrode made of a transparent conductive material may be referred to as a "transparent electrode". Here, it is preferable that the band gap energy of the transparent conductive material is 2.5 eV or more, preferably 3.1 eV or more. As a transparent conductive material constituting the transparent electrode, there may be mentioned conductive metal oxides, specifically, indium oxide, indium-tin oxide (ITO, Indium Tin Oxide, Sn-doped In 2 O 3 , crystalline ITO and Amorphous ITO), indium-zinc oxide (IZO) with indium added as a dopant to zinc oxide, indium-gallium oxide (IGO) with indium added as a dopant to gallium oxide, and as a dopant to zinc oxide Indium-gallium-zinc oxide (IGZO, In-GaZnO 4 ) with indium and gallium added, indium-tin-zinc oxide (ITZO) with indium and tin as a dopant to zinc oxide, IFO (In 2 O of F-doped) 3 ), tin oxide (SnO 2 ), ATO (SnO 2 in Sb dope), FTO (SnO 2 in F dope), zinc oxide (including ZnO doped with other elements), and aluminum added as a dopant to zinc oxide One aluminum-zinc oxide (AZO), gallium-zinc oxide (GZO) with gallium added as a dopant to zinc oxide, acid Examples of titanium oxide (TiO 2 ), niobium-titanium oxide (TNO) in which niobium is added as a dopant to titanium oxide, antimony oxide, spinel oxide, and oxide having a YbFe 2 O 4 structure can be exemplified. Alternatively, a transparent electrode using gallium oxide, titanium oxide, niobium oxide, nickel oxide or the like as a mother layer may be mentioned. As the thickness of the transparent electrode, 2 x 10 -8 m to 2 x 10 -7 m, preferably 3 x 10 -8 m to 1 x 10 -7 m can be mentioned. When transparency is required for the first electrode, from the viewpoint of simplifying the manufacturing process, it is preferable that the charge discharge electrode is also made of a transparent conductive material.
또는 또한, 투명성이 불필요한 경우, 정공을 취출하는 전극으로서의 기능을 갖는 양극을 구성하는 도전 재료로서, 고 일함수(예를 들면, φ=4.5eV∼5.5eV)를 갖는 도전 재료로 구성하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 금(Au), 은(Ag), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 철(Fe), 이리듐(Ir), 게르마늄(Ge), 오스뮴(Os), 레늄(Re), 텔루르(Te)를 예시할 수 있다. 한편, 전자를 취출하는 전극으로서의 기능을 갖는 음극을 구성하는 도전 재료로서, 저 일함수(예를 들면, φ=3.5eV∼4.5eV)를 갖는 도전 재료로 구성하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 알칼리 금속(예를 들면 Li, Na, K 등) 및 그 불화물 또는 산화물, 알칼리토류 금속(예를 들면 Mg, Ca 등) 및 그 불화물 또는 산화물, 알루미늄(Al), 아연(Zn), 주석(Sn), 탈륨(Tl), 나트륨-칼륨 합금, 알루미늄-리튬 합금, 마그네슘-은 합금, 인듐, 이테리? 등의 희토류 금속, 또는, 이들의 합금을 들 수 있다. 또는 또한, 양극이나 음극을 구성하는 재료로서, 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 은(Ag), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu), 티탄(Ti), 인듐(In), 주석(Sn), 철(Fe), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo) 등의 금속, 또는, 이들의 금속 원소를 포함하는 합금, 이들의 금속으로 이루어지는 도전성 입자, 이들의 금속을 포함하는 합금의 도전성 입자, 불순물을 함유한 폴리실리콘, 탄소계 재료, 산화물 반도체, 카본·나노·튜브, 그라펜 등의 도전성 재료를 들 수 있고, 이들의 원소를 포함하는 층의 적층 구조로 할 수도 있다. 나아가서는, 양극이나 음극을 구성하는 재료로서, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리스티렌술폰산[PEDOT/PSS]라는 유기 재료(도전성 고분자)를들 수도 있다. 또한, 이들의 도전성 재료를 바인더(고분자)에 혼합하여 페이스트 또는 잉크로 한 것을 경화시켜서, 전극으로서 이용하여도 좋다.Alternatively, when transparency is unnecessary, it is preferable to use a conductive material having a high work function (for example, φ = 4.5eV to 5.5eV) as a conductive material constituting an anode having a function as an electrode for extracting holes. Specifically, gold (Au), silver (Ag), chromium (Cr), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), iron (Fe), iridium (Ir), germanium (Ge) , Osmium (Os), rhenium (Re), and tellurium (Te). On the other hand, as a conductive material constituting a cathode having a function as an electrode for taking out electrons, it is preferable to be composed of a conductive material having a low work function (for example, phi = 3.5 eV to 4.5 eV), specifically, Alkali metals (eg Li, Na, K, etc.) and fluorides or oxides thereof, and alkaline earth metals (eg, Mg, Ca, etc.) and fluorides or oxides thereof, aluminum (Al), zinc (Zn), tin (Sn) ), Thallium (Tl), sodium-potassium alloy, aluminum-lithium alloy, magnesium-silver alloy, indium, Italy? Rare earth metals, such as these, or these alloys are mentioned. Or, as a material constituting the anode or cathode, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta) ), Tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), indium (In), tin (Sn), iron (Fe), metals such as cobalt (Co), molybdenum (Mo), or metals thereof Conductives such as alloys containing elements, conductive particles made of these metals, conductive particles of alloys containing these metals, polysilicon containing impurities, carbon-based materials, oxide semiconductors, carbon nanotubes, graphene, etc. Materials can be mentioned, and it can also be set as the laminated structure of the layer containing these elements. Furthermore, an organic material (conductive polymer) such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrenesulfonic acid [PEDOT / PSS] may be used as a material constituting the positive electrode or the negative electrode. Further, these conductive materials may be mixed with a binder (polymer) to cure the paste or ink to be used as an electrode.
제1 전극 등이나 제2 전극(양극이나 음극)의 성막 방법으로서, 건식법 또는 습식법을 이용하는 것이 가능하다. 건식법으로서, 물리적 기상 성장법(PVD법) 및 화학적 기상 성장법(CVD법)을 들 수 있다. PVD법의 원리를 이용한 성막 방법으로서, 저항 가열 또는 고주파 가열을 이용한 진공 증착법, EB(전자 빔) 증착법, 각종 스퍼터링 법(마그네트론 스퍼터링법, RF-DC 결합형 바이어스 스퍼터링법, ECR 스퍼터링법, 대향 타겟 스퍼터링법, 고주파 스퍼터링법), 이온 플레이팅법, 레이저 어브레이전법, 분자선 에피택시법, 레이저 전사법을 들 수 있다. 또한, CVD법으로서, 플라즈마 CVD법, 열 CVD법, 유기 금속(MO) CVD법, 광 CVD법을 들 수 있다. 한편, 습식법으로서, 전해 도금법이나 무전해 도금법, 스핀 코트법, 잉크젯법, 스프레이 코트법, 스탬프법, 마이크로 콘택트 프린트법, 플렉소그래피법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 딥 법 등의 방법을 들 수 있다. 패터닝법으로서, 섀도 마스크, 레이저 전사, 포토 리소그래피 등의 화학적 에칭, 자외선이나 레이저 등에 의한 물리적 에칭 등을 들 수 있다. 제1 전극 등이나 제2 전극의 평탄화 기술로서, 레이저 평탄화법, 리플로우법, CMP(Chemical Mechanical Polishing)법 등을 이용할 수 있다.As a method of forming a first electrode or the like or a second electrode (anode or cathode), it is possible to use a dry method or a wet method. Examples of the dry method include physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD). As a film deposition method using the principle of PVD method, vacuum deposition method using resistance heating or high-frequency heating, EB (electron beam) deposition method, various sputtering methods (magnetron sputtering method, RF-DC combined bias sputtering method, ECR sputtering method, opposite target Sputtering method, high frequency sputtering method), ion plating method, laser ablation method, molecular beam epitaxy method, laser transfer method. Further, examples of the CVD method include plasma CVD, thermal CVD, organometallic (MO) CVD, and optical CVD. On the other hand, as the wet method, methods such as electrolytic plating, electroless plating, spin coating, inkjet, spray coating, stamping, micro contact printing, flexography, offset printing, gravure printing, dip, etc. Can be lifted. Examples of the patterning method include chemical etching such as shadow mask, laser transfer, and photolithography, and physical etching using ultraviolet light or laser. As a planarization technique for the first electrode or the second electrode, a laser planarization method, a reflow method, a chemical mechanical polishing (CMP) method, or the like can be used.
절연층을 구성하는 재료로서, 산화규소계 재료 ; 질화규소(SiNY) ; 산화알루미늄(Al2O3) 등의 금속산화물 고유전 절연 재료로 예시되는 무기계 절연 재료뿐만 아니라, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) ; 폴리비닐페놀(PVP) ; 폴리비닐알코올(PVA) ; 폴리이미드 ; 폴리카보네이트(PC) ; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) ; 폴리스티렌 ; N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란(AEAPTMS), 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS), 옥타데실트리클로로실란(OTS) 등의 실라놀 유도체(실란 커플링제) ; 노볼락형 페놀 수지 ; 불소계 수지 ; 옥타데칸티올도데실이소시아네이트 등의 일단에 제어 전극과 결합 가능한 관능기를 갖는 직쇄 탄화수소류로 예시되는 유기계 절연 재료(유기 폴리머)를 들 수 있고, 이들의 조합을 이용할 수 있다. 또한, 산화규소계 재료로서, 산화실리콘(SiOX), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, 산화질화실리콘(SiON), SOG(스핀 온 글라스), 저유전율 재료(예를 들면, 폴리아릴 에테르, 시클로퍼플루오로카본 폴리머 및 벤조시클로부텐, 환상 불소 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 불화아릴에테르, 불화폴리이미드, 어모퍼스 카본, 유기 SOG)를 예시할 수 있다. 각종 층간 절연층이나 절연막을 구성하는 재료도, 이들의 재료로부터 적절히 선택하면 좋다.As a material constituting the insulating layer, a silicon oxide-based material; Silicon nitride (SiN Y ); Inorganic insulating materials exemplified by metal oxide high dielectric insulating materials such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), as well as polymethyl methacrylate (PMMA); Polyvinylphenol (PVP); Polyvinyl alcohol (PVA); Polyimide; Polycarbonate (PC); Polyethylene terephthalate (PET); Polystyrene; Silanol derivatives such as N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyl trimethoxysilane (AEAPTMS), 3-mercaptopropyl trimethoxysilane (MPTMS), octadecyl trichlorosilane (OTS) (silane coupling agent) ; Novolac type phenol resin; Fluorine resin; And organic insulating materials (organic polymers) exemplified by straight chain hydrocarbons having a functional group capable of binding to a control electrode at one end such as octadecanethioldodecyl isocyanate, and combinations thereof. In addition, as the silicon oxide-based material, silicon oxide (SiO X ), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, silicon oxynitride (SiON), SOG (spin-on-glass), low dielectric constant material (e.g., polyaryl ether) , Cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluorine resin, polytetrafluoroethylene, aryl fluoride ether, polyimide fluoride, amorphous carbon, organic SOG). Materials constituting various interlayer insulating layers and insulating films may also be appropriately selected from these materials.
제어부를 구성하는 부유 확산층, 증폭 트랜지스터, 리셋·트랜지스터 및 선택 트랜지스터의 구성, 구조는, 종래의 부유 확산층, 증폭 트랜지스터, 리셋·트랜지스터 및 선택 트랜지스터의 구성, 구조와 마찬가지로 할 수 있다. 구동 회로도 주지의 구성, 구조로 할 수 있다.The structure and structure of the floating diffusion layer, the amplifying transistor, the reset transistor and the selection transistor constituting the control unit can be the same as the structure and structure of the conventional floating diffusion layer, the amplifying transistor, the reset transistor and the selection transistor. The driving circuit can also be of a well-known configuration and structure.
제1 전극은, 부유 확산층 및 증폭 트랜지스터의 게이트부에 접속되어 있는데, 제1 전극과 부유 확산층 및 증폭 트랜지스터의 게이트부와의 접속을 위해 콘택트 홀부를 형성하면 좋다. 콘택트 홀부를 구성하는 재료로서, 불순물이 도핑된 폴리실리콘이나, 텅스텐, Ti, Pt, Pd, Cu, TiW, TiN, TiNW, WSi2, MoSi2 등의 고융점 금속이나 금속 실리사이드, 이들의 재료로 이루어지는 층의 적층 구조(예를 들면, Ti/TiN/W)를 예시할 수 있다.The first electrode is connected to the floating diffusion layer and the gate portion of the amplifying transistor, but a contact hole portion may be formed to connect the first electrode and the floating diffusion layer and the gate portion of the amplifying transistor. As a material constituting the contact hole, polysilicon doped with impurities, high melting point metals such as tungsten, Ti, Pt, Pd, Cu, TiW, TiN, TiNW, WSi 2 and MoSi 2 , metal silicides, and materials thereof The lamination structure (for example, Ti / TiN / W) of the layer which consists of can be illustrated.
유기 광전변환층과 제1 전극 사이에, 제1 캐리어 블로킹층을 마련하여도 좋고, 유기 광전변환층과 제2 전극 사이에, 제2 캐리어 블로킹층을 마련하여도 좋다. 또한, 제1 캐리어 블로킹층과 제1 전극 사이에 제1 전하 주입층을 마련하여도 좋고, 제2 캐리어 블로킹층과 제2 전극 사이에 제2 전하 주입층을 마련하여도 좋다. 예를 들면, 전자 주입층을 구성하는 재료로서, 예를 들면, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K)이라는 알칼리 금속 및 그 불화물이나 산화물, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca)이라는 알칼리토류 금속 및 그 불화물이나 산화물을 들 수 있다.A first carrier blocking layer may be provided between the organic photoelectric conversion layer and the first electrode, or a second carrier blocking layer may be provided between the organic photoelectric conversion layer and the second electrode. Further, a first charge injection layer may be provided between the first carrier blocking layer and the first electrode, or a second charge injection layer may be provided between the second carrier blocking layer and the second electrode. For example, as a material constituting the electron injection layer, for example, alkali metals such as lithium (Li), sodium (Na), and potassium (K) and fluorides and oxides thereof, magnesium (Mg), and calcium (Ca) And alkaline earth metals and fluorides and oxides thereof.
각종 유기층의 성막 방법으로서, 건식 성막법 및 습식 성막법을 들 수 있다. 건식 성막법으로서, 저항 가열 또는 고주파 가열, 전자 빔 가열을 이용하는 진공 증착법, 플래시 증착법, 플라즈마 증착법, EB 증착법, 각종 스퍼터링법(2극 스퍼터링법, 직류 스퍼터링법, 직류 마그네트론 스퍼터링법, 고주파 스퍼터링법, 마그네트론 스퍼터링법, RF-DC 결합형 바이어스 스퍼터링법, ECR 스퍼터링법, 대향 타겟 스퍼터링법, 고주파 스퍼터링법, 이온 빔 스퍼터링법), DC(Direct Current)법, RF법, 다음극법, 활성화 반응법, 전계 증착법, 고주파 이온 플레이팅법이나 반응성 이온 플레이팅법 등의 각종 이온 플레이팅법, 레이저 어브레이전법, 분자선 에피택시법, 레이저 전사법, 분자선 에피택시법(MBE법)을 들 수 있다. 또한, CVD법으로서, 플라즈마 CVD법, 열 CVD법, MOCVD법, 광 CVD법을 들 수 있다. 한편, 습식법으로서, 구체적으로는, 스핀 코트법 ; 침지법 ; 캐스트법 ; 마이크로 콘택트 프린트법 ; 드롭 캐스트법 ; 스크린 인쇄법이나 잉크젯 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 플렉소그래피법이라는 각종 인쇄법 ; 스탬프법 ; 스프레이법 ; 에어 독터 코터법, 블레이드 코터법, 로드 코터법, 나이프 코터법, 스퀴즈 코터법, 리버스 롤 코터법, 트랜스퍼 롤 코터법, 그라비어 코터법, 키스 코터법, 캐스트 코터법, 스프레이 코터법, 슬릿 오리피스 코터법, 캘린더 코터법이라는 각종 코팅법을 예시할 수 있다. 또한, 도포법에서는, 용매로서, 톨루엔, 클로로포름, 헥산, 에탄올이라는 무극성 또는 극성이 낮은 유기 용매를 예시할 수 있다. 패터닝법으로서, 섀도 마스크, 레이저 전사, 포토 리소그래피 등의 화학적 에칭, 자외선이나 레이저 등에 의한 물리적 에칭 등을 들 수 있다. 각종 유기층의 평탄화 기술로서, 레이저 평탄화법, 리플로우법 등을 이용할 수 있다.The dry film forming method and the wet film forming method are mentioned as a film forming method of various organic layers. As a dry film forming method, resistance heating or high frequency heating, vacuum deposition method using electron beam heating, flash deposition method, plasma deposition method, EB deposition method, various sputtering methods (2-pole sputtering method, direct current sputtering method, direct current magnetron sputtering method, high frequency sputtering method, Magnetron sputtering method, RF-DC combined bias sputtering method, ECR sputtering method, counter target sputtering method, high frequency sputtering method, ion beam sputtering method), DC (Direct Current) method, RF method, next pole method, activation reaction method, electric field Various ion plating methods, such as a vapor deposition method, a high frequency ion plating method, a reactive ion plating method, a laser ablation method, a molecular beam epitaxy method, a laser transfer method, and the molecular beam epitaxy method (MBE method) are mentioned. Further, examples of the CVD method include plasma CVD, thermal CVD, MOCVD, and optical CVD. On the other hand, as a wet method, specifically, a spin coat method; Immersion method; Cast method; Micro contact printing method; Drop cast method; Various printing methods such as screen printing, inkjet printing, offset printing, gravure printing, and flexography; Stamp method; Spray method; Air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, knife coater method, squeeze coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, gravure coater method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, slit orifice coater method Various coating methods, such as a method and a calendar coater method, can be illustrated. In addition, in the coating method, non-polar or low-polarity organic solvents such as toluene, chloroform, hexane and ethanol can be exemplified as the solvent. Examples of the patterning method include chemical etching such as shadow mask, laser transfer, and photolithography, and physical etching using ultraviolet light or laser. As a planarization technique for various organic layers, a laser planarization method, a reflow method, or the like can be used.
촬상 소자 또는 고체 촬상 장치에는, 전술한 바와 같이, 필요에 응하여, 온 칩·마이크로·렌즈나 차광층을 마련하여도 좋고, 촬상 소자를 구동하기 위한 구동 회로나 배선이 마련되어 있다. 필요에 응하여, 촬상 소자에의 광의 입사를 제어하기 위한 셔터를 마련하여도 좋고, 고체 촬상 장치의 목적에 응하여 광학 커트 필터를 구비하여도 좋다.On the imaging element or solid-state imaging device, as described above, an on-chip, micro-lens, or light-shielding layer may be provided as needed, and a driving circuit and wiring for driving the imaging element are provided. If necessary, a shutter for controlling the incidence of light to the imaging element may be provided, or an optical cut filter may be provided according to the purpose of the solid-state imaging device.
예를 들면, 고체 촬상 장치를 판독용 집적 회로(ROIC)와 적층하는 경우, 판독용 집적 회로 및 구리(Cu)로 이루어지는 접속부가 형성된 구동용 기판과, 접속부가 형성된 촬상 소자를, 접속부끼리가 접하도록 맞겹치고, 접속부끼리를 접합함으로써, 적층할 수 있고, 접속부끼리를 솔더 범프 등을 이용하여 접합할 수도 있다.For example, when a solid-state imaging device is stacked with a read integrated circuit (ROIC), the connecting portions are in contact with a drive substrate formed with a connecting portion made of a reading integrated circuit and copper (Cu), and an imaging element having a connecting portion. By overlapping so as to connect the connecting parts, it can be laminated, and the connecting parts can also be joined using a solder bump or the like.
실시례 1Example 1
실시례 1은, 본 개시의 제1의 양태 및 본 개시의 제6의 양태에 관한 촬상 소자, 본 개시의 적층형 촬상 소자, 및, 본 개시의 제4의 양태에 관한 고체 촬상 장치에 관한 것이다.Example 1 relates to the imaging device according to the first aspect of the present disclosure and the sixth aspect of the present disclosure, the stacked imaging device of the present disclosure, and the solid-state imaging device according to the fourth aspect of the present disclosure.
실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도를 도 1에 도시하고, 전하 축적용 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층된 부분을 확대한 모식적인 일부 단면도를 도 2에 도시하고, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 등가 회로도를 도3 및 도 4에 도시하고, 실시례 1의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극 및 전하 축적용 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 모식적인 배치도를 도 5에 도시하고, 실시례 1의 촬상 소자의 동작시의 각 부위에서의 전위의 상태를 모식적으로 도 6에 도시한다. 또한, 실시례 1의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극 및 전하 축적용 전극의 모식적인 배치도를 도 7에 도시하고, 실시례 1의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극, 전하 축적용 전극, 제2 전극 및 콘택트 홀부의 모식적인 투시 사시도를 도 8에 도시하고, 실시례 1의 고체 촬상 장치의 개념도를 도 9에 도시한다. 또한, 도3 및 도 4에서는, 도면의 간소화를 위해, 절연층 세그먼트의 두께를 일정한 두께로 도시하고 있다.1 is a schematic partial cross-sectional view of the imaging device of Example 1 and a stacked-type imaging device, and FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of an enlarged portion of a charge accumulation electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode. Fig. 3 and Fig. 4 show equivalent circuit diagrams of the image pickup device of Example 1 and the stacked image pickup device, and the model of the first electrode and charge accumulation electrode and the control part of the image pickup device of Example 1 Fig. 5 is a schematic arrangement diagram, and Fig. 6 schematically shows the state of the electric potential at each site during operation of the imaging device of Example 1. 7 is a schematic arrangement diagram of the first electrode constituting the imaging element of Example 1 and the electrode for charge accumulation, and the first electrode constituting the imaging element of Example 1, the electrode for charge accumulation, and the second. 8 is a schematic perspective perspective view of the electrode and contact hole portions, and a conceptual diagram of the solid-state imaging device of Example 1 is illustrated in FIG. 9. 3 and 4, for simplification of the drawing, the thickness of the insulating layer segment is shown as a constant thickness.
실시례 1의 촬상 소자(예를 들면, 후술하는 녹색용 촬상 소자), 또는 또한, 후술하는 실시례 2∼실시례 6, 실시례 9∼실시례 11의 촬상 소자는, 제1 전극(11), 광전변환층(15) 및 제2 전극(16)이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고, 광전변환부는, 또한, 제1 전극(11)과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층(82)을 통하여 광전변환층(15)과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극(12)을 구비하고 있다.The imaging element of Example 1 (for example, the green imaging element described later) or the imaging elements of Examples 2 to 6 and Examples 9 to 11 described later, the
또한, 실시례 1의 적층형 촬상 소자는, 실시례 1∼실시례 6의 촬상 소자를 적어도 하나, 실시례 1∼실시례 6에서는 실시례 1의 촬상 소자를 하나, 갖는다.In addition, the stacked-type imaging element of Example 1 has at least one imaging element of Examples 1-6, and the imaging element of Example 1 in Examples 1-6.
나아가서는, 실시례 1의 고체 촬상 장치는, 실시례 1의 적층형 촬상 소자를, 복수, 구비하고 있다.Furthermore, the solid-state imaging device of Example 1 is provided with a plurality of the multilayer imaging elements of Example 1.
여기서, 실시례 1의 촬상 소자 또는 후술하는 실시례 2∼실시례 6, 실시례 9∼실시례 11의 촬상 소자에서,Here, in the imaging element of Example 1 or the imaging elements of Examples 2 to 6 and Examples 9 to 11 described later,
광전변환부는, N개(단, N≥2)의 광전변환부 세그먼트(구체적으로는, 각 실시례에서는, 3개의 광전변환부 세그먼트(101, 102, 103))로 구성되어 있고,The photoelectric conversion section is composed of N (however, N≥2) photoelectric conversion section segments (specifically, in each embodiment, three photoelectric
광전변환층(15)은, N개의 광전변환층 세그먼트(구체적으로는, 각 실시례에서는, 3개의 광전변환층 세그먼트(151, 152, 153))로 구성되어 있고,The
절연층(82)은, N개의 절연층 세그먼트(구체적으로는, 각 실시례에서는, 3개의 절연층 세그먼트(821, 822, 823))로 구성되어 있고,The insulating
실시례 1∼실시례 3에서, 전하 축적용 전극(12)은, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트(구체적으로는, 각 실시례에서는, 3개의 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123))로 구성되어 있고,In Examples 1 to 3, the
실시례 4∼실시례 5에서, 경우에 따라서는, 실시례 3에서, 전하 축적용 전극(12)은, 상호 이간되어 배치된, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트(구체적으로는, 각 실시례에서는, 3개의 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123))로 구성되어 있고,In Examples 4 to 5, in some cases, in Example 3, the
제n번째(단, n=1, 2, 3 … N)의 광전변환부 세그먼트(10n)는, 제n번째의 전하 축적용 전극 세그먼트(12n), 제n번째의 절연층 세그먼트(82n) 및 제n번째의 광전변환층 세그먼트(15n)로 구성되어 있고,The n-th (however, n = 1, 2, 3 ... N) photoelectric
n의 값이 큰 광전변환부 세그먼트일수록, 제1 전극(11)부터 떨어져서 위치한다.The larger the value of n is, the larger the segment of the photoelectric conversion part is, which is located away from the
또는 또한, 실시례 1의 촬상 소자 또는 후술하는 실시례 2, 실시례 5의 촬상 소자는,Alternatively, the imaging element of Example 1 or the imaging elements of Example 2 and Example 5 described later,
제1 전극(11), 광전변환층(15) 및 제2 전극(16)이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,A
광전변환부는, 또한, 제1 전극(11)과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층(82)을 통하여 광전변환층(15)과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극(12)을 구비하고 있고,The photoelectric conversion section is further provided with an
전하 축적용 전극(12)과 절연층(82)과 광전변환층(15)의 적층 방향을 Z방향, 제1 전극(11)부터 떨어지는 방향을 X방향으로 하였을 때, YZ 가상평면으로 전하 축적용 전극(12)과 절연층(82)과 광전변환층(15)이 적층된 적층부분을 절단한 때의 적층부분의 단면적은, 제1 전극부터의 거리에 의존하여 변화한다.When the stacking direction of the
또한, 실시례 1의 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트(101)로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트(10N)에 걸쳐서, 절연층 세그먼트의 두께가, 점차, 변화하고 있다. 구체적으로는, 절연층 세그먼트의 두께는, 점차, 두껍게 되어 있다. 또는 또한, 실시례 1의 촬상 소자에서는, 적층부분의 단면의 폭은 일정하고, 적층부분의 단면의 두께, 구체적으로는, 절연층 세그먼트의 두께는, 제1 전극(11)부터의 거리에 의존하여, 점차, 두껍게 되어 있다. 또한, 절연층 세그먼트의 두께는, 계단형상으로 두껍게 되어 있다. 제n번째의 광전변환부 세그먼트(10n) 내에서의 절연층 세그먼트(82n)의 두께는 일정하게 하였다. 제n번째의 광전변환부 세그먼트(10n)에서의 절연층 세그먼트(82n)의 두께를 「1」로 하였을 때, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트(10(n+1))에서의 절연층 세그먼트(82(n+1))의 두께로서, 2 내지 10을 예시할 수 있는데, 이와 같은 값으로 한정하는 것은 아니다. 실시례 1에서는, 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123)의 두께를 점차 얇게 함으로써, 절연층 세그먼트(821, 822, 823)의 두께를 점차 두껍게 하고 있다. 광전변환층 세그먼트(151, 152, 153)의 두께는 일정하다.In addition, in the imaging device of Example 1, the thickness of the insulating layer segment gradually changes from the first photoelectric
그리고, 실시례 1 또는 후술하는 실시례 2∼실시례 6, 실시례 9∼실시례 11의 촬상 소자에서, 반도체 기판(보다 구체적으로는, 실리콘 반도체층(70))을 또한 구비하고 있고, 광전변환부는, 반도체 기판(70)의 상방에 배치되어 있다. 또한, 반도체 기판(70)에 마련되고, 제1 전극(11)이 접속된 구동 회로를 갖는 제어부를 또한 구비하고 있다. 여기서, 반도체 기판(70)에서의 광입사면을 상방으로 하고, 반도체 기판(70)의 반대측을 하방으로 한다. 반도체 기판(70)의 하방에는 복수의 배선으로 이루어지는 배선층(62)이 마련되어 있다. 또한, 반도체 기판(70)에는, 제어부를 구성하는 적어도 부유 확산층(FD1) 및 증폭 트랜지스터(TR1amp)가 마련되어 있고, 제1 전극(11)은, 부유 확산층(FD1) 및 증폭 트랜지스터(TR1amp)의 게이트부에 접속되어 있다. 반도체 기판(70)에는, 또한, 제어부를 구성하는 리셋·트랜지스터(TR1rst) 및 선택 트랜지스터(TR1sel)가 마련되어 있다. 또한, 부유 확산층(FD1)은, 리셋·트랜지스터(TR1rst)의 일방의 소스/드레인 영역에 접속되어 있고, 증폭 트랜지스터(TR1amp)의 일방의 소스/드레인 영역은, 선택 트랜지스터(TR1sel)의 일방의 소스/드레인 영역에 접속되어 있고, 선택 트랜지스터(TR1sel)의 타방의 소스/드레인 영역은 신호선(VSL1)에 접속되어 있다. 이들의 증폭 트랜지스터(TR1amp), 리셋·트랜지스터(TR1rst) 및 선택 트랜지스터(TR1sel)는, 구동 회로를 구성한다.Further, in the imaging elements of Example 1 or Examples 2 to 6 and Examples 9 to 11 described later, a semiconductor substrate (more specifically, a silicon semiconductor layer 70) is also provided, and photoelectric The conversion unit is disposed above the
구체적으로는, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자는, 이면 조사형의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자로서, 녹색의 광을 흡수하는 제1 타입의 녹색 광전변환층을 구비한 녹색에 감도를 갖는 제1 타입의 실시례 1의 녹색용 촬상 소자(이하, 『제1 촬상 소자』라고 부른다), 청색의 광을 흡수하는 제2 타입의 청색 광전변환층을 구비한 청색에 감도를 갖는 제2 타입의 종래의 청색용 촬상 소자(이하, 『제2 촬상 소자』라고 부른다), 적색의 광을 흡수하는 제2 타입의 적색 광전변환층을 구비한 적색에 감도를 갖는 제2 타입의 종래의 적색용 촬상 소자(이하, 『제3 촬상 소자』라고 부른다)의 3개의 촬상 소자가 적층된 구조를 갖는다. 여기서 적색용 촬상 소자(제3 촬상 소자) 및 청색용 촬상 소자(제2 촬상 소자)는, 반도체 기판(70) 내에 마련되어 있고, 제2 촬상 소자의 쪽이, 제3 촬상 소자보다도 광입사측에 위치한다. 또한, 녹색용 촬상 소자(제1 촬상 소자)는, 청색용 촬상 소자(제2 촬상 소자)의 상방에 마련되어 있다. 제1 촬상 소자, 제2 촬상 소자 및 제3 촬상 소자의 적층 구조에 의해, 1화소가 구성된다. 컬러 필터는 마련되어 있지 않다.Specifically, the imaging device of Example 1 and the stacked imaging device have a sensitivity to green with a first type of green photoelectric conversion layer that absorbs green light as a back-illumination imaging device and a stacked imaging device. The green type imaging element of
제1 촬상 소자에서는, 층간 절연층(81)상에, 제1 전극(11) 및 전하 축적용 전극(12)이, 이간하여 형성되어 있다. 층간 절연층(81) 및 전하 축적용 전극(12)은, 절연층(82)에 의해 덮여 있다. 절연층(82)상에는 광전변환층(15)이 형성되고, 광전변환층(15)상에는 제2 전극(16)이 형성되어 있다. 제2 전극(16)을 포함하는 전면에는, 보호층(83)이 형성되어 있고, 보호층(83)상에 온 칩·마이크로·렌즈(90)가 마련되어 있다. 제1 전극(11), 전하 축적용 전극(12) 및 제2 전극(16)은, 예를 들면, ITO(일함수 : 약 4.4eV)로 이루어지는 투명 전극으로 구성되어 있다. 광전변환층(15)은, 적어도 녹색에 감도를 갖는 주지의 유기 광전변환 재료(예를 들면, 로다민계 색소, 메로시아닌 색소, 퀴나크리돈 등의 유기계 재료)를 포함하는 층으로 구성되어 있다. 또한, 광전변환층(15)은, 또한, 전하 축적에 적합한 재료층을 포함하는 구성이라도 좋다. 즉, 광전변환층(15)과 제1 전극(11)의 사이에(예를 들면, 접속부(67) 내에), 또한, 전하 축적에 적합한 재료층이 형성되어 있어도 좋다. 층간 절연층(81)이나 절연층(82), 보호층(83)은, 주지의 절연 재료(예를 들면, SiO2나 SiN)로 구성되어 있다. 광전변환층(15)과 제1 전극(11)은, 절연층(82)에 마련된 접속부(67)에 의해 접속되어 있다. 접속부(67) 내에는, 광전변환층(15)이 연재되어 있다. 즉, 광전변환층(15)은, 절연층(82)에 마련된 개구부(84) 내를 연재되고, 제1 전극(11)과 접속되어 있다.In the first imaging element, on the
전하 축적용 전극(12)은 구동 회로에 접속되어 있다. 구체적으로는, 전하 축적용 전극(12)은, 층간 절연층(81) 내에 마련된 접속구멍(66), 패드부(64) 및 배선(VOA)을 통하여, 구동 회로를 구성하는 수직 구동 회로(112)에 접속되어 있다.The
전하 축적용 전극(12)의 크기는 제1 전극(11)보다도 크다. 전하 축적용 전극(12)의 면적을 S1', 제1 전극(11)의 면적을 S1로 하였을 때, 한정하는 것은 아니지만,The size of the
4≤S1'/S1 4≤S 1 '/ S 1
를 만족하는 것이 바람직하고, 실시례 1에서는, 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면,It is preferable to satisfy, and in Example 1, although not limited, for example,
S1'/S1=8S 1 '/ S 1 = 8
로 하였다. 또한, 실시례 1 또는 후술하는 실시례 2∼실시례 4에서는, 3개의 광전변환부 세그먼트(101, 102, 103))의 크기를 같은 크기로 하고, 평면 형상도 같게 하였다.Was made. In addition, in Example 1 or Examples 2 to 4 described later, the sizes of the three photoelectric
반도체 기판(70)의 제1면(겉면)(70A)의 측에는 소자 분리 영역(71)이 형성되고, 또한, 반도체 기판(70)의 제1면(70A)에는 산화막(72)이 형성되어 있다. 나아가서는, 반도체 기판(70)의 제1면측에는, 제1 촬상 소자의 제어부를 구성하는 리셋·트랜지스터(TR1rst), 증폭 트랜지스터(TR1amp) 및 선택 트랜지스터(TR1sel)가 마련되고, 또한, 제1 부유 확산층(FD1)이 마련되어 있다.An
리셋·트랜지스터(TR1rst)는, 게이트부(51), 채널 형성 영역(51A), 및, 소스/드레인 영역(51B, 51C)으로 구성되어 있다. 리셋·트랜지스터(TR1rst)의 게이트부(51)는 리셋선(RST1)에 접속되고, 리셋·트랜지스터(TR1rst)의 일방의 소스/드레인 영역(51C)은, 제1 부유 확산층(FD1)을 겸하고 있고, 타방의 소스/드레인 영역(51B)은, 전원(VDD)에 접속되어 있다.The reset transistor TR1 rst includes a
제1 전극(11)은, 층간 절연층(81) 내에 마련된 접속구멍(65), 패드부(63), 반도체 기판(70) 및 층간 절연층(76)에 형성된 콘택트 홀부(61), 층간 절연층(76)에 형성된 배선층(62)을 통하여, 리셋·트랜지스터(TR1rst)의 일방의 소스/드레인 영역(51C)(제1 부유 확산층(FD1))에 접속되어 있다.The
증폭 트랜지스터(TR1amp)는, 게이트부(52), 채널 형성 영역(52A), 및, 소스/드레인 영역(52B, 52C)으로 구성되어 있다. 게이트부(52)는 배선층(62)을 통하여, 제1 전극(11) 및 리셋·트랜지스터(TR1rst)의 일방의 소스/드레인 영역(51C)(제1 부유 확산층(FD1))에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역(52B)은, 리셋·트랜지스터(TR1rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(51B)과, 영역을 공유하고 있고, 전원(VDD)에 접속되어 있다.The amplifying transistor TR1 amp is composed of a
선택 트랜지스터(TR1sel)는, 게이트부(53), 채널 형성 영역(53A), 및, 소스/드레인 영역(53B, 53C)으로 구성되어 있다. 게이트부(53)는, 선택선(SEL1)에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역(53B)은, 증폭 트랜지스터(TR1amp)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(52C)과, 영역을 공유하고 있고, 타방의 소스/드레인 영역(53C)은, 신호선(데이터 출력선)(VSL1)(117)에 접속되어 있다.The selection transistor TR1 sel is composed of a
제2 촬상 소자는, 반도체 기판(70)에 마련된 n형 반도체 영역(41)을 광전변환층으로서 구비하고 있다. 종형 트랜지스터로 이루어지는 전송 트랜지스터(TR2trs)의 게이트부(45)가, n형 반도체 영역(41)까지 늘어나 있고, 또한, 전송 게이트선(TG2)에 접속되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TR2trs)의 게이트부(45)의 근방의 반도체 기판(70)의 영역(45C)에는, 제2 부유 확산층(FD2)이 마련되어 있다. n형 반도체 영역(41)에 축적된 전하는, 게이트부(45)에 따라 형성된 전송 채널을 통하여 제2 부유 확산층(FD2)에 판독된다.The second imaging element includes an n-
제2 촬상 소자에서는, 또한, 반도체 기판(70)의 제1면측에, 제2 촬상 소자의 제어부를 구성하는 리셋·트랜지스터(TR2rst), 증폭 트랜지스터(TR2amp) 및 선택 트랜지스터(TR2sel)가 마련되어 있다.In the second imaging element, the reset transistor TR2 rst , the amplifying transistor TR2 amp and the selection transistor TR2 sel constituting the control unit of the second imaging element are further provided on the first surface side of the
리셋·트랜지스터(TR2rst)는, 게이트부, 채널 형성 영역, 및, 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 리셋·트랜지스터(TR2rst)의 게이트부는 리셋선(RST2)에 접속되고, 리셋·트랜지스터(TR2rst)의 일방의 소스/드레인 영역은 전원(VDD)에 접속되고, 타방의 소스/드레인 영역은, 제2 부유 확산층(FD2)을 겸하고 있다.The reset transistor TR2 rst includes a gate portion, a channel formation region, and a source / drain region. The gate portion of the reset transistor TR2 rst is connected to the reset line RST 2 , and one source / drain region of the reset transistor TR2 rst is connected to the power source V DD , and the other source / drain region Silver also serves as the second floating diffusion layer (FD 2 ).
증폭 트랜지스터(TR2amp)는, 게이트부, 채널 형성 영역, 및, 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트부는, 리셋·트랜지스터(TR2rst)의 타방의 소스/드레인 영역(제2 부유 확산층(FD2))에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역은, 리셋·트랜지스터(TR2rst)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역과, 영역을 공유하고 있고, 전원(VDD)에 접속되어 있다.The amplifying transistor TR2 amp is composed of a gate portion, a channel formation region, and a source / drain region. The gate portion is connected to the other source / drain region (second floating diffusion layer FD 2 ) of the reset transistor TR2 rst . Further, one source / drain region shares the region with one of the source / drain regions constituting the reset transistor TR2 rst , and is connected to the power supply V DD .
선택 트랜지스터(TR2sel)는, 게이트부, 채널 형성 영역, 및, 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트부는, 선택선(SEL2)에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역은, 증폭 트랜지스터(TR2amp)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역과, 영역을 공유하고 있고, 타방의 소스/드레인 영역은, 신호선(데이터 출력선)(VSL2)에 접속되어 있다.The selection transistor TR2 sel includes a gate portion, a channel formation region, and a source / drain region. The gate portion is connected to the selection line SEL 2 . In addition, one source / drain region shares the region with the other source / drain region constituting the amplifying transistor TR2 amp , and the other source / drain region is a signal line (data output line) (VSL 2 ).
제3 촬상 소자는, 반도체 기판(70)에 마련된 n형 반도체 영역(43)을 광전변환층으로서 구비하고 있다. 전송 트랜지스터(TR3trs)의 게이트부(46)는 전송 게이트선(TG3)에 접속되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TR3trs)의 게이트부(46)의 근방의 반도체 기판(70)의 영역(46C)에는, 제3 부유 확산층(FD3)이 마련되어 있다. n형 반도체 영역(43)에 축적된 전하는, 게이트부(46)에 따라 형성된 전송 채널(46A)을 통하여 제3 부유 확산층(FD3)에 판독된다.The third imaging element includes an n-
제3 촬상 소자에서는, 또한, 반도체 기판(70)의 제1면측에, 제3 촬상 소자의 제어부를 구성하는 리셋·트랜지스터(TR3rst), 증폭 트랜지스터(TR3amp) 및 선택 트랜지스터(TR3sel)가 마련되어 있다.In the third imaging element, a reset transistor (TR3 rst ), an amplifying transistor (TR3 amp ), and a selection transistor (TR3 sel ) constituting the control unit of the third imaging element are further provided on the first surface side of the semiconductor substrate (70). It is prepared.
리셋·트랜지스터(TR3rst)는, 게이트부, 채널 형성 영역, 및, 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 리셋·트랜지스터(TR3rst)의 게이트부는 리셋선(RST3)에 접속되고, 리셋·트랜지스터(TR3rst)의 일방의 소스/드레인 영역은 전원(VDD)에 접속되고, 타방의 소스/드레인 영역은, 제3 부유 확산층(FD3)을 겸하고 있다.The reset transistor TR3 rst includes a gate portion, a channel formation region, and a source / drain region. The gate portion of the reset transistor TR3 rst is connected to the reset line RST 3 , and one source / drain region of the reset transistor TR3 rst is connected to the power supply V DD , and the other source / drain region Silver also serves as the third floating diffusion layer (FD 3 ).
증폭 트랜지스터(TR3amp)는, 게이트부, 채널 형성 영역, 및, 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트부는, 리셋·트랜지스터(TR3rst)의 타방의 소스/드레인 영역(제3 부유 확산층(FD3))에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역은, 리셋·트랜지스터(TR3rst)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역과, 영역을 공유하고 있고, 전원(VDD)에 접속되어 있다.The amplifying transistor TR3 amp includes a gate portion, a channel formation region, and a source / drain region. The gate portion is connected to the other source / drain region (third floating diffusion layer FD 3 ) of the reset transistor TR3 rst . Further, one source / drain region shares the region with one of the source / drain regions constituting the reset transistor TR3 rst , and is connected to the power supply V DD .
선택 트랜지스터(TR3sel)는, 게이트부, 채널 형성 영역, 및, 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트부는, 선택선(SEL3)에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역은, 증폭 트랜지스터(TR3amp)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역과, 영역을 공유하고 있고, 타방의 소스/드레인 영역은, 신호선(데이터 출력선)(VSL3)에 접속되어 있다.The selection transistor TR3 sel includes a gate portion, a channel formation region, and a source / drain region. The gate portion is connected to the selection line SEL 3 . In addition, one source / drain region shares the region with the other source / drain region constituting the amplifying transistor TR3 amp , and the other source / drain region is a signal line (data output line) (VSL 3 ).
리셋선(RST1, RST2, RST3), 선택선(SEL1, SEL2, SEL3), 전송 게이트선(TG2, TG3)은, 구동 회로를 구성하는 수직 구동 회로(112)에 접속되고, 신호선(데이터 출력선)(VSL1, VSL2, VSL3)은, 구동 회로를 구성하는 칼럼 신호 처리 회로(113)에 접속되어 있다.The reset lines (RST 1 , RST 2 , RST 3 ), the selection lines (SEL 1 , SEL 2 , SEL 3 ), and the transmission gate lines (TG 2 , TG 3 ) are connected to the
n형 반도체 영역(43)과 반도체 기판(70)의 표면(70A)의 사이에는 p+층(44)이 마련되어 있고, 암전류 발생을 억제하고 있다. n형 반도체 영역(41)과 n형 반도체 영역(43)의 사이에는, p+층(42)이 형성되어 있고, 나아가서는, n형 반도체 영역(43)의 측면의 일부는 p+층(42)에 의해 둘러싸여 있다. 반도체 기판(70)의 이면(70B)의 측에는, p+층(73)이 형성되어 있고, p+층(73)부터 반도체 기판(70)의 내부의 콘택트 홀부(61)를 형성하여야 할 부분에는, HfO2막(74) 및 절연막(75)이 형성되어 있다. 층간 절연층(76)에는, 복수의 층에 걸쳐서 배선이 형성되어 있는데, 도시는 생략하였다.A p + layer 44 is provided between the n-
HfO2막(74)은, 부의 고정 전하를 갖는 막이고, 이와 같은 막을 마련함에 의해, 암전류의 발생을 억제할 수 있다. 또한, HfO2막 대신에, 산화알루미늄(Al2O3)막, 산화지르코늄(ZrO2)막, 산화탄탈(Ta2O5)막, 산화티탄(TiO2)막, 산화란탄(La2O3)막, 산화프리세오디뮴(Pr2O3)막, 산화세륨(CeO2)막, 산화네오디뮴(Nd2O3)막, 산화프로메튬(Pm2O3)막, 산화사마륨(Sm2O3)막, 산화유로퓸(Eu2O3)막, 산화가돌리늄((Gd2O3)막, 산화테르븀(Tb2O3)막, 산화디스프로슘(Dy2O3)막, 산화홀뮴(HO2O3)막, 산화툴륨(Tm2O3)막, 산화이테르븀(Yb2O3)막, 산화루테튬(Lu2O3)막, 산화이트륨(Y2O3)막, 질화하프늄막, 질화알루미늄막, 산질화하프늄막, 산질화알루미늄막을 이용할 수도 있다. 이러한 막의 성막 방법으로서, 예를 들면, CVD법, PVD법, ALD법을 들 수 있다.The HfO 2 film 74 is a film having a negative fixed charge, and by providing such a film, generation of dark current can be suppressed. In addition, instead of HfO 2 film, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film, zirconium oxide (ZrO 2 ) film, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) film, titanium oxide (TiO 2 ) film, lanthanum oxide (La 2 O) 3 ) film, preseodymium oxide (Pr 2 O 3 ) film, cerium oxide (CeO 2 ) film, neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) film, promethium oxide (Pm 2 O 3 ) film, samarium oxide (Sm 2 O 3 ) film, europium oxide (Eu 2 O 3 ) film, gadolinium oxide ((Gd 2 O 3 ) film, terbium oxide (Tb 2 O 3 ) film, dysprosium oxide (Dy 2 O 3 ) film, holmium oxide (HO 2 O 3 ) film, thulium oxide (Tm 2 O 3 ) film, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) film, ruthenium oxide (Lu 2 O 3 ) film, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) film, hafnium nitride film, An aluminum nitride film, a hafnium oxynitride film, or an aluminum oxynitride film may be used, and examples of the film forming method include a CVD method, a PVD method, and an ALD method.
이하, 도 6을 참조하여, 실시례 1의 촬상 소자(제1 촬상 소자)의 동작을 설명한다. 여기서, 제1 전극(11)의 전위를 제2 전극의 전위보다 높게 하였다. 즉, 예를 들면, 제1 전극(11)를 정의 전위로 하고, 제2 전극을 부의 전위로 하고, 광전변환층(15)에서 광전변환되어, 전자가 부유 확산층에 판독된다. 다른 실시례에서도 마찬가지라고 한다. 또한, 제1 전극(11)을 부의 전위로 하고, 제2 전극을 정의 전위로 하고, 광전변환층(15)에서 광전변환에 의거하여 생성한 정공이 부유 확산층에 판독되는 형태에서는, 이하에 기술하는 전위의 고저를 역으로 하면 좋다.The operation of the imaging element (first imaging element) of Example 1 will be described below with reference to FIG. 6. Here, the potential of the
도 6, 후술하는 실시례 5에서의 도 20, 도 21 중에서 사용하고 있는 부호는, 이하와 같다.The reference numerals used in Figs. 6 and 20 and 21 in Example 5 to be described later are as follows.
PA·······전하 축적용 전극(12)과 대향한 광전변환층(15)의 영역의 점(PA)에서의 전위, 또는, 전하 축적용 전극 세그먼트(123)와 대향한 광전변환층(15)의 영역의 점(PA)에서의 전위Potential at the point PA of the region of the
PB·······전하 축적용 전극(12)과 제1 전극(11)의 중간에 위치하는 영역과 대향한 광전변환층(15)의 영역의 점(PB)에서의 전위, 또는, 또, 전하 축적용 전극 세그먼트(122)와 대향한 광전변환층(15)의 영역의 점(PB)에서의 전위The potential at the point PB of the region of the
PC·······제1 전극(11)과 대향한 광전변환층(15)의 영역의 점(PC)에서의 전위, 또는, 전하 축적용 전극 세그먼트(121)와 대향한 광전변환층(15)의 영역의 점(PC)에서의 전위PC ······· Potential at the point PC of the region of the
PD·······전하 축적용 전극 세그먼트(123)와 제1 전극(11)의 중간에 위치하는 영역과 대향한 광전변환층(15)의 영역의 점(PD)에서의 전위Electric potential at the point PD of the region of the
FD·······제1 부유 확산층(FD1)에서의 전위FD ..... potential in the first floating diffusion layer (FD 1 )
VOA······전하 축적용 전극(12)에서의 전위Potential at the
VOA1·····제1번째의 전하 축적용 전극 세그먼트(121)에서의 전위
VOA2·····제2번째의 전하 축적용 전극 세그먼트(122)에서의 전위VOA2 ... in the
VOA3·····제3번째의 전하 축적용 전극 세그먼트(123)에서의 전위VOA3 ... in the
RST······리셋·트랜지스터(TR1rst)의 게이트부(51)에서의 전위Potential at the
VDD······전원의 전위VDD ······ Electric potential
VSL_1····신호선(데이터 출력선)(VSL1)VSL_1 ... signal line (data output line) (VSL 1 )
TR1_rst··리셋·트랜지스터(TR1rst)TR1_ rst ... reset transistor (TR1 rst )
TR1_amp··증폭 트랜지스터(TR1amp)TR1_ amp ... amplification transistor (TR1 amp )
TR1_sel··선택 트랜지스터(TR1sel)TR1_ sel ... selective transistor (TR1 sel )
전하 축적 기간에서는, 구동 회로로부터, 제1 전극(11)에 전위(V11)가 인가되고, 전하 축적용 전극(12)에 전위(V12)가 인가된다. 광전변환층(15)에 입사된 광에 의해 광전변환층(15)에서 광전변환이 생긴다. 광전변환에 의해 생성한 정공은, 제2 전극(16)로부터 배선(VOU)을 통하여 구동 회로로 송출된다. 한편, 제1 전극(11)의 전위를 제2 전극(16)의 전위보다 높게 하였기 때문에, 즉, 예를 들면, 제1 전극(11)에 정의 전위가 인가되고, 제2 전극(16)에 부의 전위가 인가된다고 하였기 때문에, V12≥V11, 바람직하게는, V12>V11로 한다. 이에 의해, 광전변환에 의해 생성한 전자는, 전하 축적용 전극(12)에 끌어당겨지고, 전하 축적용 전극(12)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머문다. 즉, 광전변환층(15)에 전하가 축적된다. V12>V11이기 때문에, 광전변환층(15)의 내부에 생성한 전자가, 제1 전극(11)을 향하여 이동하는 일은 없다. 광전변환의 시간 경과에 수반하여, 전하 축적용 전극(12)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에서의 전위는, 보다 부측의 값이 된다.In the charge accumulation period, from the driving circuit, is applied to the potential (V 11) to the
실시례 1의 촬상 소자에서는, 절연층 세그먼트의 두께가, 점차, 두껍게 되는 구성을 채용하고 있기 때문에, 전하 축적 기간에서, V12≥V11라는 상태가 되면, 제n번째의 광전변환부 세그먼트(10n)의 쪽이, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트(10(n+1)) 보다도, 많은 전하를 축적할 수 있고, 강한 전계가 가하여져서, 제1번째의 광전변환부 세그먼트(101)로부터 제1 전극(11)으로의 전하의 흐름을 확실하게 방지할 수 있다.In the imaging device of Example 1, since the thickness of the insulating layer segment is gradually increased, when the state of V 12 ≥ V 11 in the charge accumulation period, the nth photoelectric conversion section segment ( 10 n ) can accumulate more electric charges than the (n + 1) -th photoelectric
전하 축적 기간의 후기에서, 리셋 동작이 이루어진다. 이에 의해, 제1 부유 확산층(FD1)의 전위가 리셋되어, 제1 부유 확산층(FD1)의 전위는 전원의 전위(VDD)가 된다.In the later stage of the charge accumulation period, a reset operation is performed. Accordingly, the potential of the first floating diffusion layer FD 1 is reset, and the potential of the first floating diffusion layer FD 1 becomes the potential V DD of the power source.
리셋 동작의 완료 후, 전하의 판독을 행한다. 즉, 전하 전송 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극(11)에 전위(V21)가 인가되고, 전하 축적용 전극(12)에 전위(V22)가 인가된다. 여기서, V22<V21로 한다. 이에 의해, 전하 축적용 전극(12)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머물러 있던 전자는, 제1 전극(11), 나아가서는, 제1 부유 확산층(FD1)으로 판독된다. 즉, 광전변환층(15)에 축적된 전하가 제어부에 판독된다.After completion of the reset operation, the charge is read. That is, in the charge transfer period, from the driving circuit, is applied to the potential (V 21) to the
보다 구체적으로는, 전하 전송 기간에서, V22<V21라는 상태가 되면, 제1번째의 광전변환부 세그먼트(101)로부터 제1 전극(11)으로의 전하의 흐름, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트(10(n+1))로부터 제n번째의 광전변환부 세그먼트(10n)로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다.More specifically, in the charge transfer period, when V 22 <V 21 , the flow of charge from the first
이상으로, 전하 축적, 리셋 동작, 전하 전송이라는 일련의 동작이 완료된다.Thus, a series of operations such as charge accumulation, reset operation, and charge transfer are completed.
제1 부유 확산층(FD1)에 전자가 판독된 후의 증폭 트랜지스터(TR1amp), 선택 트랜지스터(TR1sel)의 동작은, 종래의 이들 트랜지스터의 동작과 같다. 또한, 제2 촬상 소자, 제3 촬상 소자의 전하 축적, 리셋 동작, 전하 전송이라는 일련의 동작은, 종래의 전하 축적, 리셋 동작, 전하 전송이라는 일련의 동작과 마찬가지이다. 또한, 제1 부유 확산층(FD1)의 리셋 노이즈는, 종래와 마찬가지로, 상관 2중 샘플링(CDS, Correlated Double Sampling) 처리에 의해 제거할 수 있다.The operations of the amplifying transistor TR1 amp and the selection transistor TR1 sel after the electrons are read into the first floating diffusion layer FD 1 are the same as those of the conventional transistors. In addition, the series of operations of charge accumulation, reset operation and charge transfer of the second imaging element and the third imaging element are the same as those of the conventional series of operations of charge accumulation, reset operation and charge transfer. In addition, the reset noise of the first floating diffusion layer FD 1 can be removed by correlated double sampling (CDS) processing as in the prior art.
이상과 같이, 실시례 1에서는, 또는, 후술하는 실시례 1∼실시례 6, 실시례 9∼실시례 11의 촬상 소자에서는, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극이 구비되어 있기 때문에, 광전변환부에 광이 조사되고, 광전변환부에서 광전변환될 때, 광전변환층과 절연층과 전하 축적용 전극에 의해 일종의 커패시터가 형성되어, 광전변환층의 전하를 축적할 수 있다. 그러므로, 노광 시작시, 전하 축적부를 완전 공핍화하여, 전하를 소거하는 것이 가능해진다. 그 결과, kTC 노이즈가 커지고, 랜덤 노이즈가 악화하고, 촬상 화질의 저하를 가져온다는 현상의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 전 화소를 일제히 리셋할 수 있기 때문에, 이른바 글로벌 셔터 기능을 실현할 수 있다.As described above, in the imaging elements of Example 1 or Examples 1 to 6 and Examples 9 to 11 described later, they are disposed apart from the first electrode and photoelectrically converted through an insulating layer. Since an electrode for charge accumulation disposed opposite to the layer is provided, light is irradiated to the photoelectric conversion unit, and when photoelectric conversion is performed in the photoelectric conversion unit, a kind of capacitor is formed by the photoelectric conversion layer, the insulating layer, and the electrode for charge accumulation. Formed, it is possible to accumulate charge in the photoelectric conversion layer. Therefore, at the start of exposure, it becomes possible to completely deplete the charge accumulation portion and erase the charge. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a phenomenon that kTC noise becomes large, random noise deteriorates, and image quality deteriorates. Moreover, since all the pixels can be reset all at once, the so-called global shutter function can be realized.
게다가, 실시례 1의 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 절연층 세그먼트의 두께가, 점차, 변화하고 있기 때문에, 또는 또한, YZ 가상평면으로 전하 축적용 전극과 절연층과 광전변환층이 적층된 적층부분을 절단한 때의 적층부분의 단면적은, 제1 전극부터의 거리에 의존하여 변화하기 때문에, 일종의 전하 전송 구배가 형성되어, 광전변환에 의해 생성한 전하를, 한층 용이하게, 또한, 확실하게 전송하는 것이 가능해진다.Furthermore, in the imaging device of Example 1, the thickness of the insulating layer segment gradually changes from the first photoelectric conversion section segment to the Nth photoelectric conversion section segment, or further, the YZ virtual plane. Therefore, since the cross-sectional area of the laminated portion when cutting the laminated portion in which the electrode for charge accumulation, the insulating layer and the photoelectric conversion layer is laminated, changes depending on the distance from the first electrode, a kind of charge transfer gradient is formed, and the photoelectric It becomes possible to more easily and reliably transfer the electric charge generated by the conversion.
도 9에, 실시례 1의 고체 촬상 장치의 개념도를 도시한다. 실시례 1의 고체 촬상 장치(100)는, 적층형 촬상 소자(101)가 2차원 어레이형상으로 배열된 촬상 영역(111), 및, 그 구동 회로(주변 회로)로서의 수직 구동 회로(112), 칼럼 신호 처리 회로(113), 수평 구동 회로(114), 출력 회로(115) 및 구동 제어 회로(116) 등으로 구성되어 있다. 또한, 이들의 회로는 주지의 회로로 구성할 수 있고, 또한, 다른 회로 구성(예를 들면, 종래의 CCD형 고체 촬상 장치나 CMOS형 고체 촬상 장치에서 이용되는 각종의 회로)를 이용하여 구성할 수 있음은 말할 것도 없다. 또한, 도 9에서, 적층형 촬상 소자(101)에서의 참조 번호 「101」 표시는, 1행만으로 하였다.9 is a conceptual diagram of the solid-state imaging device of Example 1. The solid-
구동 제어 회로(116)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터·클록에 의거하여, 수직 구동 회로(112), 칼럼 신호 처리 회로(113) 및 수평 구동 회로(114)의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 그리고, 생성된 클록 신호나 제어 신호는, 수직 구동 회로(112), 칼럼 신호 처리 회로(113) 및 수평 구동 회로(114)에 입력된다.The
수직 구동 회로(112)는, 예를 들면, 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 촬상 영역(111)의 각 적층형 촬상 소자(101)를 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사한다. 그리고, 각 적층형 촬상 소자(101)에서의 수광량에 응하여 생성한 전류(신호)에 의거한 화소 신호(화상 신호)는, 신호선(데이터 출력선)(117, VSL)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(113)에 보내진다.The
칼럼 신호 처리 회로(113)는, 예를 들면, 적층형 촬상 소자(101)의 열마다 배치되어 있고, 1행분의 적층형 촬상 소자(101)로부터 출력되는 화상 신호를 촬상 소자마다 흑기준 화소(도시하지 않지만, 유효 화소 영역의 주위에 형성된다)로부터의 신호에 의해, 노이즈 제거나 신호 증폭의 신호 처리를 행한다. 칼럼 신호 처리 회로(113)의 출력단에는, 수평 선택 스위치(도시 생략)가 수평 신호선(118)의 사이에 접속되어 마련된다.The column
수평 구동 회로(114)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(113)의 각각을 순차적으로 선택하고, 칼럼 신호 처리 회로(113)의 각각으로부터 신호를 수평 신호선(118)에 출력한다.The
출력 회로(115)는, 칼럼 신호 처리 회로(113)의 각각으로부터 수평 신호선(118)을 통하여 순차적으로 공급되는 신호에 대해, 신호 처리를 행하여 출력한다.The
실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 변형례의 등가 회로도를 도 10에 도시하고, 실시례 1의 촬상 소자의 변형례를 구성하는 제1 전극 및 전하 축적용 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 모식적인 배치도를 도 11에 도시하는 바와 같이, 리셋·트랜지스터(TR1rst)의 타방의 소스/드레인 영역(51B)을, 전원(VDD)에 접속하는 대신에, 접지하여도 좋다.Fig. 10 shows an equivalent circuit diagram of a modification example of the imaging element of Example 1 and a stacked-type imaging element, and of the first electrode constituting the modification example of the imaging element of Example 1, the electrode for charge accumulation, and the transistors constituting the control unit. 11, instead of connecting the other source /
실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자는, 예를 들면, 이하의 방법으로 제작할 수 있다. 즉, 우선, SOI 기판을 준비한다. 그리고, SOI 기판의 표면에 제1 실리콘층을 에피택셜 성장법에 의거하여 형성하고, 이 제1 실리콘층에, p+층(73), n형 반도체 영역(41)을 형성한다. 뒤이어, 제1 실리콘층상에 제2 실리콘층을 에피택셜 성장법에 의거하여 형성하고, 이 제2 실리콘층에, 소자 분리 영역(71), 산화막(72), p+층(42), n형 반도체 영역(43), p+층(44)을 형성한다. 또한, 제2 실리콘층에, 촬상 소자의 제어부를 구성하는 각종 트랜지스터 등을 형성하고, 또한 그 위에, 배선층(62)이나 층간 절연층(76), 각종 배선을 형성한 후, 층간 절연층(76)과 지지 기판(도시 생략)을 첩합(貼合)한다. 그 후, SOI 기판을 제거하여 제1 실리콘층을 노출시킨다. 또한, 제2 실리콘층의 표면이 반도체 기판(70)의 표면(70A)에 해당하고, 제1 실리콘층의 표면이 반도체 기판(70)의 이면(70B)에 해당한다. 또한, 제1 실리콘층과 제2 실리콘층을 종합하여 반도체 기판(70)이라고 표현하고 있다. 뒤이어, 반도체 기판(70)의 이면(70B)의 측에, 콘택트 홀부(61)를 형성하기 위한 개구부를 형성하고, HfO2막(74), 절연막(75) 및 콘택트 홀부(61)를 형성하고, 또한, 패드부(63, 64), 층간 절연층(81), 접속구멍(65, 66), 제1 전극(11), 전하 축적용 전극(12), 절연층(82)을 형성한다. 다음에, 접속부(67)를 개구하고, 광전변환층(15), 제2 전극(16), 보호층(83) 및 온 칩·마이크로·렌즈(90)를 형성한다. 이상에 의해, 실시례 1의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자를 얻을 수 있다.The imaging element of Example 1 and a laminated-type imaging element can be manufactured with the following method, for example. That is, first, an SOI substrate is prepared. Then, a first silicon layer is formed on the surface of the SOI substrate by epitaxial growth, and a p + layer 73 and an n-
실시례 1의 촬상 소자에서는, 제1 전극(11), 전하 축적용 전극(12) 및 절연층(82)의 형성에 있어서, 우선, 층간 절연층(81)상에, 전하 축적용 전극(123)을 형성하기 위한 도전 재료층을 성막하고, 도전 재료층을 패터닝하여 광전변환부 세그먼트(101, 102, 103) 및 제1 전극(11)을 형성하여야 할 영역에 도전 재료층을 남김으로써, 제1 전극(11)의 일부 및 전하 축적용 전극(123)을 얻을 수 있다. 다음에, 전면에, 절연층 세그먼트(823)를 형성하기 위한 절연층을 성막하고, 절연층을 패터닝하여, 평탄화처리를 행함으로써, 절연층 세그먼트(823)를 얻을 수 있다. 다음에, 전면에, 전하 축적용 전극(122)을 형성하기 위한 도전 재료층을 성막하고, 도전 재료층을 패터닝하여, 광전변환부 세그먼트(101, 102) 및 제1 전극(11)을 형성하여야 할 영역에 도전 재료층을 남김으로써, 제1 전극(11)의 일부 및 전하 축적용 전극(122)을 얻을 수 있다. 다음에, 전면에 절연층 세그먼트(822)를 형성하기 위한 절연층을 성막하고, 절연층을 패터닝하고, 평탄화처리를 행함으로써, 절연층 세그먼트(822)를 얻을 수 있다. 다음에, 전면에, 전하 축적용 전극(121)을 형성하기 위한 도전 재료층을 성막하고, 도전 재료층을 패터닝하여, 광전변환부 세그먼트(101) 및 제1 전극(11)을 형성하여야 할 영역에 도전 재료층을 남김으로써, 제1 전극(11) 및 전하 축적용 전극(121)을 얻을 수 있다. 다음에, 전면에 절연층을 성막하고, 평탄화처리를 행함으로써, 절연층 세그먼트(821)(절연층(82))을 얻을 수 있다. 그리고, 절연층(82)상에 광전변환층(15)을 형성한다. 이렇게 하여, 광전변환부 세그먼트(101, 102, 103)를 얻을 수 있다.In the imaging element of Example 1, in forming the
실시례 2Example 2
실시례 2의 촬상 소자는, 본 개시의 제2의 양태 및 제6의 양태에 관한 촬상 소자에 관한 것이다. 전하 축적용 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층된 부분을 확대한 모식적인 일부 단면도를 도 12에 도시하는 바와 같이, 실시례 2의 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트(101)로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트(10N)에 걸쳐서, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 변화하고 있다. 또는 또한, 실시례 2의 촬상 소자에서는, 적층부분의 단면의 폭은 일정하고, 적층부분의 단면의 두께, 구체적으로는, 광전변환층 세그먼트의 두께를, 제1 전극(11)부터의 거리에 의존하여 점차, 두껍게 한다. 보다 구체적으로는, 광전변환층 세그먼트의 두께는, 점차, 두껍게 되어 있다. 또한, 광전변환층 세그먼트의 두께는, 계단형상으로 두껍게 되어 있다. 제n번째의 광전변환부 세그먼트(10n) 내에서 광전변환층 세그먼트(15n)의 두께는 일정하게 하였다. 제n번째의 광전변환부 세그먼트(10n)에서 광전변환층 세그먼트(15n)의 두께를 「1」로 하였을 때, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트(10(n+1))에서 광전변환층 세그먼트(15(n+1))의 두께로서, 2 내지 10을 예시할 수 있는데, 이와 같은 값으로 한정하는 것은 아니다. 실시례 2에서는, 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123)의 두께를 점차 얇게 함으로써, 광전변환층 세그먼트(151, 152, 153)의 두께를 점차 두껍게 하고 있다. 절연층 세그먼트(821, 822, 823)의 두께는 일정하다.The imaging element of Example 2 is related with the imaging element which concerns on 2nd aspect and 6th aspect of this indication. As shown in FIG. 12, a schematic partial cross-sectional view of an enlarged portion of a charge accumulation electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode is stacked, in the imaging device of Example 2, the first photoelectric
실시례 2의 촬상 소자에서는, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 두껍게 되기 때문에, 전하 축적 기간에서, V12≥V11라는 상태가 되면, 제n번째의 광전변환부 세그먼트(10n)의 쪽이, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트(10(n+1)) 보다도 강한 전계가 가하여져서, 제1번째의 광전변환부 세그먼트(101)로부터 제1 전극(11)으로의 전하의 흐름을 확실하게 방지할 수 있다. 그리고, 전하 전송 기간에서, V22<V21라는 상태가 되면, 제1번째의 광전변환부 세그먼트(101) 로부터 제1 전극(11)으로의 전하의 흐름, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트(10(n+1))로부터 제n번째의 광전변환부 세그먼트(10n)로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다.In the imaging device of Example 2, since the thickness of the photoelectric conversion layer segment gradually and thickens, in the state of charge accumulation, when the state of V 12 ≥ V 11 is reached, the nth photoelectric
이와 같이, 실시례 2의 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 변화하고 있기 때문에, 또는 또한, YZ 가상평면으로 전하 축적용 전극과 절연층과 광전변환층이 적층된 적층부분을 절단한 때의 적층부분의 단면적은, 제1 전극부터의 거리에 의존하여 변화하기 때문에, 일종의 전하 전송 구배가 형성되어, 광전변환에 의해 생성한 전하를, 한층 용이하게, 또한, 확실하게 전송하는 것이 가능해진다.In this way, in the imaging device of Example 2, the thickness of the photoelectric conversion layer segment gradually changes from the first photoelectric conversion section segment to the Nth photoelectric conversion section segment, or further, YZ. Since the cross-sectional area of the laminated portion when cutting the laminated portion in which the electrode for electrical charge accumulation and the insulating layer and the photoelectric conversion layer are stacked in a virtual plane varies depending on the distance from the first electrode, a kind of charge transfer gradient is formed. , It is possible to more easily and reliably transfer electric charges generated by photoelectric conversion.
실시례 2의 촬상 소자에서는, 제1 전극(11), 전하 축적용 전극(12), 절연층(82) 및 광전변환층(15)의 형성에 있어서, 우선, 층간 절연층(81)상에, 전하 축적용 전극(123)을 형성하기 위한 도전 재료층을 성막하고, 도전 재료층을 패터닝하여, 광전변환부 세그먼트(101, 102, 103) 및 제1 전극(11)을 형성하여야 할 영역에 도전 재료층을 남김으로써, 제1 전극(11)의 일부 및 전하 축적용 전극(123)을 얻을 수 있다. 뒤이어, 전면에, 전하 축적용 전극(122)을 형성하기 위한 도전 재료층을 성막하고, 도전 재료층을 패터닝하여, 광전변환부 세그먼트(101, 102) 및 제1 전극(11)을 형성하여야 할 영역에 도전 재료층을 남김으로써, 제1 전극(11)의 일부 및 전하 축적용 전극(122)을 얻을 수 있다. 뒤이어, 전면에, 전하 축적용 전극(121)을 형성하기 위한 도전 재료층을 성막하고, 도전 재료층을 패터닝하여, 광전변환부 세그먼트(101) 및 제1 전극(11)을 형성하여야 할 영역에 도전 재료층을 남김으로써, 제1 전극(11) 및 전하 축적용 전극(121)을 얻을 수 있다. 다음에, 전면에 절연층(82)을 컨포멀하게 성막한다. 그리고, 절연층(82)의 위에 광전변환층(15)을 형성하고, 광전변환층(15)에 평탄화처리를 시행한다. 이렇게 하여, 광전변환부 세그먼트(101, 102, 103)를 얻을 수 있다.In the imaging element of Example 2, in the formation of the
실시례 3Example 3
실시례 3은, 본 개시의 제3의 양태에 관한 촬상 소자에 관한 것이다. 실시례 3의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도를 도 13에 도시한다. 실시례 3의 촬상 소자에서는, 인접하는 광전변환부 세그먼트에서, 절연층 세그먼트를 구성하는 재료가 다르다. 여기서, 제1번째의 광전변환부 세그먼트(101)로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트(10N)에 걸쳐서, 절연층 세그먼트를 구성하는 재료의 비유전율의 값을, 점차, 작게 하고 있다. 실시례 3의 촬상 소자에서는, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트의 전부에 같은 전위를 가하여도 좋고, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트의 각각에, 다른 전위를 가하여도 좋다. 후자인 경우, 실시례 4에서 설명하는 바와 마찬가지로, 상호 이간되어 배치된 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123)를, 패드부(641, 642, 643)를 통하여, 구동 회로를 구성하는 수직 구동 회로(112)에 접속하면 좋다.Example 3 relates to an imaging element according to a third aspect of the present disclosure. 13 is a schematic sectional view of a part of the imaging device of Example 3 and a stacked imaging device. In the imaging device of Example 3, the materials constituting the insulating layer segment in the adjacent photoelectric conversion section segments are different. Here, from the first photoelectric
그리고, 이와 같은 구성을 채용함으로써, 일종의 전하 전송 구배가 형성되어, 전하 축적 기간에서, V12≥V11라는 상태가 되면, 제n번째의 광전변환부 세그먼트의 쪽이, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트보다도 많은 전하를 축적할 수 있다. 그리고, 전하 전송 기간에서, V22<V21라는 상태가 되면, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제1 전극으로의 전하의 흐름, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제n번째의 광전변환부 세그먼트로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다.Then, by adopting such a configuration, a kind of charge transfer gradient is formed, and in the state of V 12 ≥ V 11 in the charge accumulation period, the n-th photoelectric conversion section segment is the (n + 1) More charges can be accumulated than the first photoelectric conversion section. In the charge transfer period, when V 22 <V 21 , the flow of charge from the first photoelectric conversion unit segment to the first electrode, the nth from the (n + 1) th photoelectric conversion unit segment The flow of charge to the first photoelectric conversion section segment can be securely ensured.
실시례 4Example 4
실시례 4는, 본 개시의 제4의 양태에 관한 촬상 소자에 관한 것이다. 실시례 4의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도를 도 14에 도시한다. 실시례 4의 촬상 소자에서는, 인접하는 광전변환부 세그먼트에서, 전하 축적용 전극 세그먼트를 구성하는 재료가 다르다. 여기서, 제1번째의 광전변환부 세그먼트(101)로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트(10N)에 걸쳐서, 절연층 세그먼트를 구성하는 재료의 일함수의 값을, 점차, 크게 하고 있다. 실시례 4의 촬상 소자에서는, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트의 전부에 같은 전위를 가하여도 좋고, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트의 각각에, 다른 전위를 가하여도 좋다. 후자인 경우, 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123)는, 패드부(641, 642, 643)를 통하여, 구동 회로를 구성하는 수직 구동 회로(112)에 접속되어 있다.Example 4 relates to an imaging device according to a fourth aspect of the present disclosure. 14 is a schematic sectional view of a part of the imaging device of Example 4 and a stacked imaging device. In the imaging device of Example 4, the materials constituting the electrode segments for charge accumulation differ in adjacent photoelectric conversion section segments. Here, the value of the work function of the material constituting the insulating layer segment is gradually increased from the first photoelectric
실시례 5Example 5
실시례 5의 촬상 소자는, 본 개시의 제5의 양태에 관한 촬상 소자에 관한 촬상 소자에 관한 것이다. 실시례 5에서의 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도를 도 15A, 도 15B, 도 16A 및 도 16B에 도시한다. 또한, 실시례 5의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 등가 회로도를 도 17 및 도 18에 도시하고, 실시례 5의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극 및 전하 축적용 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 모식적인 배치도를 도 19에 도시하고, 실시례 5의 촬상 소자의 동작시의 각 부위에서의 전위의 상태를 모식적으로 도 20, 도 21에 도시한다. 실시례 5의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도는, 도 14 또는 도 23에 도시하는 바와 마찬가지이다. 실시례 5의 촬상 소자에서는, 제1번째의 광전변환부 세그먼트(101)로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트(10N)에 걸쳐서, 전하 축적용 전극 세그먼트의 면적이, 점차, 작게 되어 있다. 실시례 5의 촬상 소자에서는, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트의 전부에 같은 전위를 가하여도 좋고, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트의 각각에, 다른 전위를 가하여도 좋다. 후자인 경우, 실시례 4에서 설명한 바와 마찬가지로, 상호 이간되어 배치된 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123)를, 패드부(641, 642, 643)를 통하여, 구동 회로를 구성하는 수직 구동 회로(112)에 접속하면 좋다.The imaging element of Example 5 is related with the imaging element which concerns on the imaging element concerning 5th aspect of this indication. 15A, 15B, 16A, and 16B are schematic plan views of the electrode segments for charge accumulation in Example 5. FIG. 17 and 18 show equivalent circuit diagrams of the imaging device of Example 5 and the stacked imaging device. 19 is shown in FIG. 19, and the state of electric potential at each site during operation of the imaging device of Example 5 is schematically shown in FIGS. Some of the schematic cross-sectional views of the imaging device of Example 5 and the stacked imaging device are the same as those shown in FIG. 14 or FIG. 23. In the imaging device of Example 5, the area of the electrode segment for charge accumulation is gradually smaller from the first photoelectric
실시례 5에서, 전하 축적용 전극(12)은, 복수의 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123)로 구성되어 있다. 전하 축적용 전극 세그먼트의 수는, 2 이상이라면 좋고, 실시례 5에서는 「3」으로 하였다. 그리고, 실시례 5의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자에서는, 제1 전극(11)의 전위가 제2 전극(16)의 전위보다 높기 때문에, 즉, 예를 들면, 제1 전극(11)에 정의 전위가 인가되고, 제2 전극(16)에 부의 전위가 인가되기 때문에, 전하 전송 기간에서, 제1 전극(11)에 가장 가까운 곳에 위치하는 전하 축적용 전극 세그먼트(121)에 인가되는 전위는, 제1 전극(11)에 가장 먼 곳에 위치하는 전하 축적용 전극 세그먼트(123)에 인가되는 전위보다 높다. 이와 같이, 전하 축적용 전극(12)에 전위 구배를 부여함으로써, 전하 축적용 전극(12)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머물러 있던 전자는, 제1 전극(11), 나아가서는, 제1 부유 확산층(FD1)으로 한층 확실하게 판독된다. 즉, 광전변환층(15)에 축적된 전하가 제어부에 판독된다.In Example 5, the
도 20에 도시하는 예에서는, 전하 전송 기간에서, 전하 축적용 전극 세그먼트(123)의 전위<전하 축적용 전극 세그먼트(122)의 전위<전하 축적용 전극 세그먼트(121)의 전위로 함으로써, 광전변환층(15)의 영역에 머물러 있던 전자를, 일제히, 제1 부유 확산층(FD1)으로 판독한다. 한편, 도 21에 도시하는 예에서는, 전하 전송 기간에서, 전하 축적용 전극 세그먼트(123)의 전위, 전하 축적용 전극 세그먼트(122)의 전위, 전하 축적용 전극 세그먼트(121)의 전위를 점차로 변화시킴으로써(즉, 계단형상 또는 경사형상으로 변화시킴으로써), 전하 축적용 전극 세그먼트(123)와 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머물러 있던 전자를, 전하 축적용 전극 세그먼트(122)와 대향한 광전변환층(15)의 영역으로 이동시키고, 뒤이어, 전하 축적용 전극 세그먼트(122)와 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머물러 있던 전자를, 전하 축적용 전극 세그먼트(121)와 대향한 광전변환층(15)의 영역으로 이동시키고, 뒤이어, 전하 축적용 전극 세그먼트(121)와 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머물러 있던 전자를, 제1 부유 확산층(FD1)으로 확실하게 판독한다.In the example shown in Fig. 20, in the charge transfer period, by setting the potential of the
실시례 5의 촬상 소자의 변형례를 구성하는 제1 전극 및 전하 축적용 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 모식적인 배치도를 도 22에 도시하는 바와 같이, 리셋·트랜지스터(TR1rst)의 타방의 소스/드레인 영역(51B)을, 전원(VDD)에 접속하는 대신에, 접지하여도 좋다.As shown in FIG. 22, a schematic layout diagram of a first electrode constituting a modification of the imaging element of Example 5, an electrode for charge accumulation, and a transistor constituting a control unit is shown as the other source of the reset transistor TR1 rst . The
실시례 5의 촬상 소자에서도, 이와 같은 구성을 채용함으로써, 일종의 전하 전송 구배가 형성된다. 즉, 제1번째의 광전변환부 세그먼트(101)로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트(10N)에 걸쳐서, 전하 축적용 전극 세그먼트의 면적이, 점차, 작게 되어 있기 때문에, 전하 축적 기간에서, V12≥V11라는 상태가 되면, 제n번째의 광전변환부 세그먼트의 쪽이, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트보다도 많은 전하를 축적할 수 있다. 그리고, 전하 전송 기간에서, V22<V21라는 상태가 되면, 제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제1 전극으로의 전하의 흐름, 제(n+1)번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제n번째의 광전변환부 세그먼트로의 전하의 흐름을, 확실하게 확보할 수 있다.Also in the imaging element of Example 5, by adopting such a structure, a kind of charge transfer gradient is formed. That is, since the area of the electrode segment for charge accumulation is gradually smaller from the first photoelectric
실시례 6Example 6
실시례 6은, 본 개시의 제6의 양태에 관한 촬상 소자에 관한 것이다. 실시례 6의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 모식적인 일부 단면도를, 도 23에 도시한다. 또한, 실시례 6에서의 전하 축적용 전극 세그먼트의 모식적인 평면도를 도 24A 및 도 24B에 도시한다. 실시례 6의 촬상 소자는, 제1 전극(11), 광전변환층(15) 및 제2 전극(16)이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고, 광전변환부는, 또한, 제1 전극(11)과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층(82)을 통하여 광전변환층(15)과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극(12)을 구비하고 있다. 그리고, 전하 축적용 전극(12)과 절연층(82)과 광전변환층(15)의 적층 방향을 Z방향, 제1 전극(11)부터 떨어지는 방향을 X방향으로 하였을 때, YZ 가상평면으로 전하 축적용 전극(12)과 절연층(82)과 광전변환층(15)이 적층된 적층부분을 절단한 때의 적층부분의 단면적은, 제1 전극(11)부터의 거리에 의존하여 변화한다.Example 6 relates to an imaging element according to a sixth aspect of the present disclosure. 23 is a schematic sectional view of a part of the imaging device of Example 6 and a stacked imaging device. Also, a schematic plan view of the electrode segment for charge accumulation in Example 6 is shown in FIGS. 24A and 24B. The imaging element of Example 6 is provided with a photoelectric conversion part in which the
구체적으로는, 실시례 6의 촬상 소자에서는, 적층부분의 단면의 두께는 일정하고, 적층부분의 단면의 폭은, 제1 전극(11)부터 떨어질수록 좁게 되어 있다. 또한, 폭은, 연속적으로 좁게 되어 있어도 좋고(도 24A 참조), 계단형상으로 좁게 되어 있어도 좋다(도 24B 참조).Specifically, in the imaging device of Example 6, the thickness of the cross-section of the laminated portion is constant, and the width of the cross-section of the laminated portion becomes narrower as it falls from the
이와 같이, 실시례 5의 촬상 소자에서는, YZ 가상평면으로 전하 축적용 전극(12)과 절연층(82)과 광전변환층(15)이 적층된 적층부분을 절단한 때의 적층부분의 단면적은, 제1 전극부터의 거리에 의존하여 변화하기 때문에, 일종의 전하 전송 구배가 형성되어, 광전변환에 의해 생성한 전하를, 한층 용이하게, 또한, 확실하게 전송하는 것이 가능해진다.As described above, in the imaging device of Example 5, the cross-sectional area of the laminated portion when the laminated portion in which the
실시례 7Example 7
실시례 7은, 본 개시의 제1의 양태 및 제2의 양태에 관한 고체 촬상 장치에 관한 것이다.Example 7 relates to a solid-state imaging device according to the first aspect and the second aspect of the present disclosure.
실시례 7의 고체 촬상 장치는,The solid-state imaging device of Example 7,
제1 전극(11'), 광전변환층(15) 및 제2 전극(16)이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,A first electrode 11 ', a
광전변환부는, 또한, 제1 전극(11')과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층(82)을 통하여 광전변환층(15)과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극(12')을 구비한 촬상 소자를, 복수, 갖고 있고,The photoelectric conversion unit is further provided with an electrode 12 'for charge accumulation, which is disposed spaced apart from the first electrode 11' and is disposed to face the
복수의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있고,The imaging element block is composed of a plurality of imaging elements,
촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자에서의 제1 전극(11')이 공유되어 있다.The first electrodes 11 'in a plurality of imaging elements constituting the imaging element block are shared.
또는 또한, 실시례 7의 고체 촬상 장치는, 실시례 1∼실시례 6에서 설명한 촬상 소자를, 복수, 구비하고 있다.Alternatively, the solid-state imaging device of Example 7 includes a plurality of imaging elements described in Examples 1 to 6.
실시례 7에서는, 복수의 촬상 소자에 대해 하나의 부유 확산층이 마련된다. 그리고, 전하 전송 기간의 타이밍을 적절하게 제어함으로써, 복수의 촬상 소자가 하나의 부유 확산층을 공유하는 것이 가능해진다. 그리고, 이 경우, 복수의 촬상 소자가 하나의 콘택트 홀부를 공유하는 것이 가능하다.In Example 7, one floating diffusion layer is provided for a plurality of imaging elements. Then, by appropriately controlling the timing of the charge transfer period, it becomes possible for a plurality of imaging elements to share one floating diffusion layer. And in this case, it is possible for a plurality of imaging elements to share one contact hole portion.
또한, 촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자에서의 제1 전극(11')이 공유되어 있는 점을 제외하고, 실시례 7의 고체 촬상 장치는, 실질적으로, 실시례 1∼실시례 6에서 설명한 고체 촬상 장치와 같은 구성, 구조를 갖는다.In addition, the solid-state imaging device of Example 7 is substantially in Examples 1 to 6, except that the first electrode 11 'in the plurality of imaging elements constituting the imaging element block is shared. It has the same structure and structure as the described solid-state imaging device.
실시례 7의 고체 촬상 장치에서의 제1 전극(11') 및 전하 축적용 전극(12')의 배치 상태를, 모식적으로 도 25(실시례 7), 도 26(실시례 7의 제1 변형례), 도 27(실시례 7의 제2 변형례), 도 28(실시례 7의 제3 변형례) 및 도 29(실시례 7의 제4 변형례)에 도시한다. 도 25, 도 26, 도 29 및 도 30에는, 16개의 촬상 소자를 도시하고 있고, 도 27 및 도 28에는, 12개의 촬상 소자를 도시하고 있다. 그리고, 2개의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있다. 촬상 소자 블록을 점선으로 둘러싸서 도시하고 있다. 제1 전극(11'), 전하 축적용 전극(12')에 붙여진 첨자는, 제1 전극(11'), 전하 축적용 전극(12')을 구별하기 위한 것이다. 이하의 설명에서도 마찬가지이다. 또한, 하나의 촬상 소자의 상방에 하나의 온·칩·마이크로·렌즈(도 25∼도 34에는 도시 생략)가 마련되어 있다. 그리고, 하나의 촬상 소자 블록에서는, 제1 전극(11')을 끼우고, 2개의 전하 축적용 전극(12')이 배치되어 있다(도 25, 도 26 참조). 또는 또한, 병설된 2개의 전하 축적용 전극(12')에 대향하여 하나의 제1 전극(11')이 배치되어 있다(도 29, 도 30 참조). 즉, 제1 전극은, 각 촬상 소자의 전하 축적용 전극에 인접하여 배치되어 있다. 또는 또한, 제1 전극이, 복수의 촬상 소자의 일부의 전하 축적용 전극에 인접하여 배치되어 있고, 복수의 촬상 소자의 나머지 전하 축적용 전극과는 인접하여 배치되어 있지 않고(도 27, 도 28 참조), 이 경우에는, 복수의 촬상 소자의 나머지로부터 제1 전극으로의 전하의 이동은, 복수의 촬상 소자의 일부를 경유한 이동이 된다. 촬상 소자를 구성하는 전하 축적용 전극과 촬상 소자를 구성하는 전하 축적용 전극 사이의 거리(A)는, 제1 전극에 인접하는 촬상 소자에서의 제1 전극과 전하 축적용 전극 사이의 거리(B)보다도 긴 것이, 각 촬상 소자로부터 제1 전극으로의 전하의 이동을 확실한 것으로 하기 때문에 바람직하다. 또한, 제1 전극부터 떨어져서 위치하는 촬상 소자일수록, 거리(A)의 값을 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 26, 도 28 및 도 30에 도시하는 예에서는, 촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자의 사이에는 전송 제어용 전극(13')이 배설되어 있다. 전송 제어용 전극(13')을 배설함으로써, 전송 제어용 전극(13')을 끼워서의 촬상 소자 블록에서의 전하의 이동을 확실하게 억제할 수 있다. 또한, 전송 제어용 전극(13')에 인가되는 전위를 V13로 하였을 때, V12>V13(예를 들면, V12- 2>V13)로 하면 좋다.The arrangement state of the first electrode 11 'and the charge storage electrode 12' in the solid-state imaging device of Example 7 is schematically shown in FIGS. 25 (Example 7) and FIG. 26 (First Example of Example 7). Modifications), 27 (the second modification of Example 7), 28 (the third modification of Example 7), and 29 (the fourth modification of Example 7). 25, 26, 29, and 30 show 16 imaging elements, and FIGS. 27 and 28 show 12 imaging elements. And the imaging element block is comprised by two imaging elements. The imaging element block is shown surrounded by a dotted line. The subscripts attached to the first electrode 11 'and the charge storage electrode 12' are for distinguishing the first electrode 11 'and the charge storage electrode 12'. The same is true in the following description. In addition, one on-chip micro-lens (not shown in FIGS. 25 to 34) is provided above one imaging element. Then, in one imaging element block, the first electrode 11 'is sandwiched, and two electrodes 12' for charge accumulation are disposed (see FIGS. 25 and 26). Alternatively, one first electrode 11 'is disposed to face two parallel electrodes 12' for charge accumulation (see FIGS. 29 and 30). That is, the first electrode is arranged adjacent to the electrode for charge accumulation of each imaging element. Alternatively, the first electrodes are disposed adjacent to the charge accumulation electrodes of a part of the plurality of imaging elements, and are not disposed adjacent to the remaining charge accumulation electrodes of the plurality of imaging elements (FIGS. 27 and 28). In this case, in this case, the movement of the electric charge from the rest of the plurality of imaging elements to the first electrode is a movement via a part of the plurality of imaging elements. The distance (A) between the charge accumulation electrode constituting the imaging element and the charge accumulation electrode constituting the imaging element is the distance (B) between the first electrode and the charge accumulation electrode in the imaging element adjacent to the first electrode. Longer than) is preferable because the transfer of electric charges from each imaging element to the first electrode is ensured. In addition, it is preferable that the value of the distance A is increased as the imaging element positioned away from the first electrode. In addition, in the example shown in FIGS. 26, 28, and 30, the transfer control electrode 13 'is provided between the plurality of imaging elements constituting the imaging element block. By disposing the transfer control electrode 13 ', the movement of charges in the imaging element block by sandwiching the transfer control electrode 13' can be reliably suppressed. In addition,, V 12> V 13 (for example, 12- V 2> V 13) may be in when the potential applied to the transfer control electrode (13 ') to V 13.
전송 제어용 전극(13')은, 제1 전극측에, 제1 전극(11') 또는 전하 축적용 전극(12')과 같은 레벨로 형성되어 있어도 좋고, 다른 레벨(구체적으로는, 제1 전극(11') 또는 전하 축적용 전극(12') 보다도 하방의 레벨)로 형성되어 있어도 좋다. 전자인 경우, 전송 제어용 전극(13')과 광전변환층 사이의 거리를 단축할 수 있기 때문에, 포텐셜을 제어하기 쉽다. 한편, 후자인 경우, 전송 제어용 전극(13')과 전하 축적용 전극(12') 사이의 거리를 단축할 수 있기 때문에, 미세화에 유리하다.The transfer control electrode 13 'may be formed on the first electrode side at the same level as the first electrode 11' or the charge storage electrode 12 ', and may be at a different level (specifically, the first electrode). (11 ') or a level lower than the charge storage electrode 12'. In the former case, since the distance between the transfer control electrode 13 'and the photoelectric conversion layer can be shortened, it is easy to control the potential. On the other hand, in the latter case, the distance between the transfer control electrode 13 'and the charge storage electrode 12' can be shortened, which is advantageous for miniaturization.
이하, 제1 전극(11'2) 및 2개의 2개의 전하 축적용 전극(12'21, 12'22)에 의해 구성된 촬상 소자 블록의 동작을 설명한다.Hereinafter, the first electrode (11 '2) and two two charge accumulation electrode (12, operation of the image pickup element block is configured by 21, 12, 22).
전하 축적 기간에서는, 구동 회로로부터, 제1 전극(11'2)에 전위(Va)가 인가되고, 전하 축적용 전극(12'21, 12'22)에 전위(VA)가 인가된다. 광전변환층(15)에 입사된 광에 의해 광전변환층(15)에서 광전변환이 생긴다. 광전변환에 의해 생성한 정공은, 제2 전극(16)로부터 배선(VOU)을 통하여 구동 회로로 송출된다. 한편, 제1 전극(11'2)의 전위를 제2 전극(16)의 전위보다 높게 하였기 때문에, 즉, 예를 들면, 제1 전극(11'2)에 정의 전위가 인가되고, 제2 전극(16)에 부의 전위가 인가된다고 하였기 때문에, VA≥Va, 바람직하게는, VA>Va로 한다. 이에 의해, 광전변환에 의해 생성한 전자는, 전하 축적용 전극(12'21, 12'22)에 끌어당겨지고, 전하 축적용 전극(12'21, 12'22)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머문다. 즉, 광전변환층(15)에 전하가 축적된다. VA≥Va이기 때문에, 광전변환층(15)의 내부에 생성한 전자가, 제1 전극(11'2)을 향하여 이동하는 일은 없다. 광전변환의 시간 경과에 수반하여, 전하 축적용 전극(12'21, 12'22)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에서의 전위는, 보다 부측의 값이 된다.In the charge accumulation period, from the driving circuit, a first electrode (11 '2), the potential (V a) to be applied, charge accumulation electrode (12', the potential (V A) to 21, 12, 22) is applied. The photoelectric conversion occurs in the
전하 축적 기간의 후기에서, 리셋 동작이 이루어진다. 이에 의해, 제1 부유 확산층의 전위가 리셋되어, 제1 부유 확산층의 전위는 전원의 전위(VDD)가 된다.In the later stage of the charge accumulation period, a reset operation is performed. Thereby, the potential of the first floating diffusion layer is reset, and the potential of the first floating diffusion layer becomes the potential V DD of the power source.
리셋 동작의 완료 후, 전하의 판독을 행한다. 즉, 전하 전송 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극(11'2)에 전위(Vb)가 인가되고, 전하 축적용 전극(12'21)에 전위(V21-B)가 인가되고, 전하 축적용 전극(12'22)에 전위(V22-B)가 인가된다. 여기서, V21-B<Vb<V22-B로 한다. 이에 의해, 전하 축적용 전극(12'21)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머물러 있던 전자는, 제1 전극(11'2), 나아가서는, 제1 부유 확산층으로 판독된다. 즉, 전하 축적용 전극(12'21)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하가 제어부에 판독된다. 판독이 완료되었으면, V22-B≤V21-B<Vb로 한다. 또한, 도 29, 도 30에 도시한 예에서는, V22-B<Vb<V21-B로 하여도 좋다. 이에 의해, 전하 축적용 전극(12'22)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머물러 있던 전자는, 제1 전극(11'2), 나아가서는, 제1 부유 확산층으로 판독된다. 또한, 도 27, 도 28에 도시한 예에서는, 전하 축적용 전극(12'22)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머물러 있던 전자를, 전하 축적용 전극(12'22)이 인접하여 있는 제1 전극(11'3)을 경유하여, 제1 부유 확산층으로 판독하여도 좋다. 이와 같이, 전하 축적용 전극(12'22)에 대향한 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하가 제어부에 판독되다. 또한, 전하 축적용 전극(12'21)에 대향한 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하의 제어부로의 판독이 완료되었으면, 제1 부유 확산층의 전위를 리셋하여도 좋다.After completion of the reset operation, the charge is read. That is, in the charge transfer period, the potential V b is applied to the
도 35A에, 실시례 7의 촬상 소자 블록에서의 판독 구동례를 나타 내지 만,35A shows a read driving example in the imaging element block of Example 7,
[스텝-A][Step-A]
콤퍼레이터로의 오토 제로 신호 입력Auto zero signal input to comparator
[스텝-B][Step-B]
공유된 하나의 부유 확산층의 리셋 동작Reset operation of one shared floating diffusion layer
[스텝-C][Step-C]
전하 축적용 전극(12'21)에 대응한 촬상 소자에서의 P상 판독 및 제1Charge accumulation electrode (12, 21), a P-phase reading of the image sensor and the first corresponding to the
전극(11'2)으로의 전하의 이동Transfer of charge to the electrode 11 ' 2
[스텝-D][Step-D]
전하 축적용 전극(12'21)에 대응한 촬상 소자에서의 D상 판독 및 제1 전극(11'2)으로의 전하의 이동The charge of the charge transfer to the accumulation electrode (12, 21) the read-state imaging element D, and the first electrode (11 in response to "2)
[스텝-E][Step-E]
공유된 하나의 부유 확산층의 리셋 동작Reset operation of one shared floating diffusion layer
[스텝-F][Step-F]
콤퍼레이터로의 오토 제로 신호 입력Auto zero signal input to comparator
[스텝-G][Step-G]
전하 축적용 전극(12'22)에 대응한 촬상 소자에서의 P상 판독 및 제1 전극(11'2)으로의 전하의 이동The charge of the charge transfer to the accumulation electrode (12, 22) the image pickup device P phase readout and the first electrode (11 in response to "2)
[스텝-H][Step-H]
전하 축적용 전극(12'22)에 대응한 촬상 소자에서의 D상 판독 및 제1 전극(11'2)으로의 전하의 이동The charge of the charge transfer to the accumulation electrode (12, 22) the read-state imaging element D, and the first electrode (11 in response to "2)
이라는 흐름으로, 전하 축적용 전극(12'21) 및 전하 축적용 전극(12'22)에 대응한 2개의 촬상 소자로부터의 신호를 판독한다. 상관 2중 샘플링(CDS) 처리에 의거하여, [스텝-C]에서의 P상 판독과 [스텝-D]에서의 D상 판독과의 차분이, 전하 축적용 전극(12'21)에 대응한 촬상 소자로부터의 신호이고, [스텝-G]에서의 P상 판독과 [스텝-H]에서의 D상 판독과의 차분이, 전하 축적용 전극(12'22)에 대응한 촬상 소자로부터의 신호이다.Of the flow, it reads a signal from the two imaging elements corresponding to the charge accumulation electrode (12, 21) and the charge accumulation electrode (12, 22). Any two of the basis of the sampling (CDS) processing, the difference between the D and the reading of the P-phase reading at Step -C] and [Step -D], corresponding to the charge accumulation electrode (12, 21) a signal from the image sensor, the signal from the image sensing element corresponding to step -G] P-phase readout and step -H] the difference between the D-phase reading, charge accumulation electrode (12, 22) in at to be.
또한, [스텝-E]의 동작을 생략하여도 좋다(도 35B 참조). 또한, [스텝-F]의 동작을 생략하여도 좋고, 이 경우, 나아가서는, [스텝-G]를 생략할 수 있고(도 35C 참조), [스텝-C]에서의 P상 판독과 [스텝-D]에서의 D상 판독과의 차분이, 전하 축적용 전극(12'21)에 대응한 촬상 소자로부터의 신호이고, [스텝-D]에서의 D상 판독과 [스텝-H]에서의 D상 판독과의 차분이, 전하 축적용 전극(12'22)에 대응한 촬상 소자로부터의 신호가 된다.Note that the operation of [Step-E] may be omitted (see Fig. 35B). Further, the operation of [Step-F] may be omitted, and in this case, [Step-G] may be omitted further (see FIG. 35C), and P-phase reading and [Step] of [Step-C] may be omitted. the difference between the D-phase reading at -D], and the signals from the image sensing element corresponding to the charge accumulation electrode (12, 21), in step -D] D phase readout and in step -H] the difference between the D-phase reading, and the signal from the image sensing element corresponding to the charge accumulation electrode (12, 22).
제1 전극(11') 및 전하 축적용 전극(12')의 배치 상태를 모식적으로 도 31(실시례 7의 제6 변형례) 및 도 32(실시례 7의 제7 변형례)에 도시하는 변형례에서는, 4개의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있다. 이들 고체 촬상 장치의 동작은, 실질적으로, 도 25∼도 30에 도시하는 고체 촬상 장치의 동작과 마찬가지로 할 수 있다.The arrangement state of the first electrode 11 'and the charge accumulation electrode 12' is schematically shown in Figs. 31 (6th modification example of Example 7) and Fig. 32 (7th modification example of Example 7). In the modification example described above, an imaging element block is composed of four imaging elements. The operation of these solid-state imaging devices can be substantially the same as those of the solid-state imaging devices shown in FIGS. 25 to 30.
제1 전극(11') 및 전하 축적용 전극(12')의 배치 상태를 모식적으로 도 33 및 도 34에 도시하는 제8 변형례 및 제9 변형례에서는, 16개의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있다. 도 33 및 도 34에 도시하는 바와 같이, 전하 축적용 전극(12'11)과 전하 축적용 전극(12'12)과의 사이, 전하 축적용 전극(12'12)과 전하 축적용 전극(12'13)과의 사이, 전하 축적용 전극(12'13)과 전하 축적용 전극(12'14)과의 사이에는, 전송 제어용 전극(13'A1, 13'A2, 13'A3)이 배설되어 있다. 또한, 도 34에 도시하는 바와 같이, 전하 축적용 전극(12'21, 12'31, 13'41)와 전하 축적용 전극(12'22, 12'32, 13'42)과의 사이, 전하 축적용 전극(12'22, 12'32, 13'42)과 전하 축적용 전극(12'23, 12'33, 13'43)과의 사이, 전하 축적용 전극(12'23, 12'33, 13'43)과 전하 축적용 전극(12'24, 12'34, 13'44)과의 사이에는, 전송 제어용 전극(13'B1, 13'B2, 13'B3)이 마련되어 있다. 나아가서는, 촬상 소자 블록과 촬상 소자 블록과의 사이에는, 전송 제어용 전극(13'C)이 배설되어 있다. 그리고, 이들의 고체 촬상 장치에서는, 16개의 전하 축적용 전극(12')을 제어함으로써, 광전변환층(15)에 축적된 전하를 제1 전극(11')부터 판독할 수 있다.In the eighth modification example and the ninth modification example schematically showing the arrangement state of the first electrode 11 'and the charge accumulation electrode 12', the imaging element block is composed of 16 imaging elements. It is composed. 33 and as shown in FIG. 34, the charge accumulation electrode (12, 11) and the charge accumulation electrode (12 'applied 12) between the charge accumulation electrode (12, 12) and the charge accumulation of the electrode (12 in between the "13) and between the charge accumulation electrode (12, 13) and the charge accumulation electrode (12, 14), the transfer control electrode (13'A 1, 13'A 2, 13'A 3) This is excreted. As it is shown in Figure 34, the charge accumulation electrode (12, 21, 12, 31, 13, 41) and the charge accumulation electrode (12, 22, 12, 32, 13, 42) between the charge accumulating electrode (12, 22, 12, 32, 13, 42) and the charge accumulation electrode (12, 23, 12, 33, 13, 43) between the charge accumulation electrode (12, 23, 12, 33 , in between the 13, 43) and the charge accumulation electrode (12, 24, 12, 34, 13, 44) it is provided with a transfer control electrode (13'B 1, 13'B 2, 13'B 3) . Furthermore, an electrode 13'C for transmission control is provided between the imaging element block and the imaging element block. And in these solid-state imaging devices, by controlling the 16 charge accumulation electrodes 12 ', the charge accumulated in the
[스텝-10][Step-10]
구체적으로는, 우선, 전하 축적용 전극(12'11)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 제1 전극(11')부터 판독한다. 다음에, 전하 축적용 전극(12'12)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를, 전하 축적용 전극(12'11)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역을 경유하여, 제1 전극(11')부터 판독한다. 다음에, 전하 축적용 전극(12'13)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를, 전하 축적용 전극(12'12) 및 전하 축적용 전극(12'11)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역을 경유하여, 제1 전극(11')부터 판독한다.Specifically, first, "the charge accumulated in the region of the
[스텝-20][Step-20]
그 후, 전하 축적용 전극(12'21)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'11)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'22)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'12)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'23)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'13)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'24)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'14)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다.After that, moves to an area of the
[스텝-21][Step-21]
전하 축적용 전극(12'31)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'21)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'32)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'22)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'33)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'23)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'34)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'24)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다.Moves "the charge accumulated in the region of the
[스텝-22][Step-22]
전하 축적용 전극(12'41)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'31)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'42)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'32)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'43)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'33)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'44)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'34)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다.Moves "the charge accumulated in the region of the
[스텝-30][Step-30]
그리고, [스텝-10]을 재차 실행함으로써, 전하 축적용 전극(12'21)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하, 전하 축적용 전극(12'22)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하, 전하 축적용 전극(12'23)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하, 및, 전하 축적용 전극(12'24)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를, 제1 전극(11')을 경유하여 판독할 수 있다.And, by executing again the Step -10], the photoelectric charge accumulation electrode opposed to the "electric charge, charge accumulation electrode (12 accumulated in the area of the
[스텝-40][Step-40]
그 후, 전하 축적용 전극(12'21)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'11)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'22)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'12)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'23)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'13)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'24)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'14)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다.After that, moves to an area of the
[스텝-41][Step-41]
전하 축적용 전극(12'31)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'21)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'32)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'22)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'33)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'23)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'34)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'24)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다.It is moved to the area of the
[스텝-50][Step-50]
그리고, [스텝-10]을 재차 실행함으로써, 전하 축적용 전극(12'31)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하, 전하 축적용 전극(12'32)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하, 전하 축적용 전극(12'33)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하, 및, 전하 축적용 전극(12'34)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를, 제1 전극(11')을 경유하여 판독할 수 있다.And, by executing again the Step -10], charge accumulation electrode opposite to the "electric charge, charge accumulation electrode (12 accumulated in the area of the
[스텝-60][Step-60]
그 후, 전하 축적용 전극(12'21)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'11)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'22)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'12)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'23)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'13)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다. 전하 축적용 전극(12'24)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를 전하 축적용 전극(12'14)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역으로 이동시킨다.After that, moves to an area of the
[스텝-70][Step-70]
그리고, [스텝-10]을 재차 실행함으로써, 전하 축적용 전극(12'41)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하, 전하 축적용 전극(12'42)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하, 전하 축적용 전극(12'43)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하, 및, 전하 축적용 전극(12'44)에 대향하는 광전변환층(15)의 영역에 축적된 전하를, 제1 전극(11')을 경유하여 판독할 수 있다.And, by executing again the Step -10], the photoelectric charge accumulation electrode opposed to the "electric charge, charge accumulation electrode (12 accumulated in the area of the
실시례 7의 고체 촬상 장치에서는, 촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자에서 제1 전극이 공유되어 있기 때문에, 촬상 소자가 복수 배열된 화소 영역에서의 구성, 구조를 간소화, 미세화할 수 있다. 또한, 하나의 부유 확산층에 대해 마련된 복수의 촬상 소자는, 제1 타입의 촬상 소자의 복수로 구성되어 있어도 좋고, 적어도 하나의 제1 타입의 촬상 소자와, 1 또는 2 이상의 제2 타입의 촬상 소자로 구성되어 있어도 좋다.In the solid-state imaging device of Example 7, since the first electrodes are shared by a plurality of imaging elements constituting the imaging element block, it is possible to simplify and refine the structure and structure in a pixel region where a plurality of imaging elements are arranged. Further, the plurality of imaging elements provided for one floating diffusion layer may be composed of a plurality of first type imaging elements, and at least one first type imaging element and one or more second type imaging elements. It may be composed of.
실시례 8Example 8
실시례 8은, 실시례 7의 변형이다. 제1 전극(11') 및 전하 축적용 전극(12')의 배치 상태를 모식적으로 도 36, 도 37, 도 38 및 도 39에 도시하는 실시례 8의 고체 촬상 장치에서는, 2개의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있다. 그리고, 촬상 소자 블록의 상방에 하나의 온·칩·마이크로·렌즈(90)가 마련되어 있다. 또한, 도 37 및 도 39에 도시한 예에서는, 촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자의 사이에 전송 제어용 전극(13')이 마련되어 있다.Example 8 is a modification of Example 7. In the solid-state imaging device of Example 8 shown schematically in the arrangement state of the first electrode 11 'and the electrode 12' for charge accumulation, two imaging elements are provided. The imaging device block is constructed. Then, one on-
예를 들면, 촬상 소자 블록을 구성하는 전하 축적용 전극(12'11, 12'21, 12'31, 12'41)에 대응하는 광전변환층은, 도면, 우경사 위로부터의 입사광에 대해 높은 감도를 갖는다. 또한, 촬상 소자 블록을 구성하는 전하 축적용 전극(12'12, 12'22, 12'32, 12'42)에 대응하는 광전변환층은, 도면, 좌경사 위로부터의 입사광에 대해 높은 감도를 갖는다. 따라서, 예를 들면, 전하 축적용 전극(12'11)을 갖는 촬상 소자와 전하 축적용 전극(12'12)을 갖는 촬상 소자를 조합시킴으로써, 상면(像面) 위상차 신호의 취득이 가능해진다. 또한, 전하 축적용 전극(12'11)을 갖는 촬상 소자로부터의 신호와 전하 축적용 전극(12'12)을 갖는 촬상 소자로부터의 신호를 가산하면, 이들 촬상 소자의 조합에 의해, 하나의 촬상 소자를 구성할 수 있다. 도 36에 도시한 예에서는, 전하 축적용 전극(12'11)과 전하 축적용 전극(12'12)의 사이에 제1 전극(11'1)을 배치하고 있는데, 도 38에 도시한 예와 같이, 병설된 2개의 전하 축적용 전극(12'11, 12'12)에 대향하여 하나의 제1 전극(11'1)을 배치함으로써, 감도의 더한층의 향상을 도모할 수 있다.For example, the photoelectric conversion layer corresponding to the
실시례 9Example 9
실시례 9는, 실시례 1∼실시례 6의 변형이다. 도 40에 모식적인 일부 단면도를 도시하는 실시례 9의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자는, 표면 조사형의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자로서, 녹색의 광을 흡수하는 제1 타입의 녹색 광전변환층을 구비한 녹색에 감도를 갖는 제1 타입의 실시례 1∼실시례 6의 녹색용 촬상 소자(제1 촬상 소자), 청색의 광을 흡수하는 제2 타입의 청색 광전변환층을 구비한 청색에 감도를 갖는 제2 타입의 종래의 청색용 촬상 소자(제2 촬상 소자), 적색의 광을 흡수하는 제2 타입의 적색 광전변환층을 구비한 적색에 감도를 갖는 제2 타입의 종래의 적색용 촬상 소자(제3 촬상 소자)의 3개의 촬상 소자가 적층된 구조를 갖는다. 여기서 적색용 촬상 소자(제3 촬상 소자) 및 청색용 촬상 소자(제2 촬상 소자)는, 반도체 기판(70) 내에 마련되어 있고, 제2 촬상 소자의 쪽이, 제3 촬상 소자보다도 광입사측에 위치한다. 또한, 녹색용 촬상 소자(제1 촬상 소자)는, 청색용 촬상 소자(제2 촬상 소자)의 상방에 마련되어 있다.Example 9 is a modification of Examples 1-6. The imaging element of Example 9 showing a partial cross-sectional view schematically in FIG. 40, and a stacked image pickup element are surface-illumination image pickup elements and stacked image pickup elements, each having a first type of green photoelectric conversion layer that absorbs green light. Sensitivity to blue with a green type imaging element (first imaging element) of Examples 1 to 6 having a sensitivity to green, and a second type of blue photoelectric conversion layer that absorbs blue light. A second type of conventional imaging device for red color having a second type of conventional red imaging device having a second type of red photoelectric conversion layer that absorbs red light. It has a structure in which three imaging elements of (third imaging element) are stacked. Here, the red imaging element (third imaging element) and the blue imaging element (second imaging element) are provided in the
또한, 도 40, 도 41, 도 42, 도 43, 도 44, 도 45, 도 48, 도 49, 도 51, 도 52, 도 53, 도 54, 도 55, 도 56에서는, 도면을 간소화하기 위해, 광전변환부 세그먼트의 도시를 생략하고, 전하 축적용 전극(12), 절연층(82), 광전변환층(15)으로서 도시하였다.In addition, in FIGS. 40, 41, 42, 43, 44, 45, 48, 49, 51, 52, 53, 54, 55, and 56, the drawings are simplified. , The illustration of the photoelectric conversion section segment is omitted, and shown as the
반도체 기판(70)의 표면(70A)측에는, 실시례 1과 마찬가지로 제어부를 구성하는 각종 트랜지스터가 마련되어 있다. 이들의 트랜지스터는, 실질적으로 실시례 1에서 설명한 트랜지스터와 같은 구성, 구조로 할 수 있다. 또한, 반도체 기판(70)에는, 제2 촬상 소자, 제3 촬상 소자가 마련되어 있는데, 이들의 촬상 소자도, 실질적으로 실시례 1에서 설명한 제2 촬상 소자, 제3 촬상 소자와 같은 구성, 구조로 할 수 있다.On the
반도체 기판(70)의 표면(70A)의 위에는, 층간 절연층(77, 78)이 형성되어 있고, 층간 절연층(78)의 양에, 실시례 1∼실시례 6의 촬상 소자를 구성하는 광전변환부(제1 전극(11), 광전변환층(15) 및 제2 전극(16)), 및, 전하 축적용 전극(12) 등이 마련되어 있다.On the
이와 같이, 표면 조사형인 점을 제외하고, 실시례 9의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 구성, 구조는, 실시례 1∼실시례 6의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 구성, 구조와 마찬가지로 할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.In this way, the structure and structure of the image pickup device of Example 9 and the stacked image pickup device, except for the surface irradiation type, can be the same as the configuration and structure of the image pickup device of Examples 1 to 6 and the stacked image pickup device. Therefore, detailed description is omitted.
실시례 10Example 10
실시례 10은, 실시례 1∼실시례 9의 변형이다.Example 10 is a modification of Examples 1 to 9.
도 41에 모식적인 일부 단면도를 도시하는 실시례 10의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자는, 이면 조사형의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자로서, 제1 타입의 실시례 1∼실시례 6의 제1 촬상 소자, 및, 제2 타입의 제2 촬상 소자의 2개의 촬상 소자가 적층된 구조를 갖는다. 또한, 도 42에 모식적인 일부 단면도를 도시하는 실시례 10의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 변형례는, 표면 조사형의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자로서, 제1 타입의 실시례 1∼실시례 6의 제1 촬상 소자, 및, 제2 타입의 제2 촬상 소자의 2개의 촬상 소자가 적층된 구조를 갖는다. 여기서, 제1 촬상 소자는 원색(原色)의 광을 흡수하고, 제2 촬상 소자는 보색(補色)의 광을 흡수한다. 또는 또한, 제1 촬상 소자는 백색의 광을 흡수하고, 제2 촬상 소자는 적외선을 흡수한다.The imaging element of Example 10 and a stacked image pickup element showing a schematic partial sectional view in FIG. 41 are a back-illumination image pickup element and a stacked image pickup element, and are the first image pickup elements of Examples 1 to 6 of the first type. , And a structure in which two imaging elements of the second imaging element of the second type are stacked. In addition, the modified example of the imaging element of Example 10 and a laminated | stacked imaging element which show some sectional drawing schematically in FIG. 42 are surface irradiation-type imaging element and a laminated | stacked imaging element, and are the 1st type of Examples 1-6. It has a structure in which two imaging elements of the first imaging element and the second imaging element of the second type are stacked. Here, the first imaging element absorbs primary color light, and the second imaging element absorbs complementary color light. Alternatively, the first imaging element absorbs white light, and the second imaging element absorbs infrared light.
도 43에 모식적인 일부 단면도를 도시하는 실시례 10의 촬상 소자의 변형례는, 이면 조사형의 촬상 소자로서, 제1 타입의 실시례 1∼실시례 6의 제1 촬상 소자로 구성되어 있다. 또한, 도 44에 모식적인 일부 단면도를 도시하는 실시례 10의 촬상 소자의 변형례는, 표면 조사형의 촬상 소자로서, 제1 타입의 실시례 1∼실시례 6의 제1 촬상 소자로 구성되어 있다. 여기서, 제1 촬상 소자는, 적색의 광을 흡수하는 촬상 소자, 녹색의 광을 흡수하는 촬상 소자, 청색의 광을 흡수하는 촬상 소자의 3종류의 촬상 소자로 구성되어 있다. 나아가서는, 이들의 촬상 소자의 복수로부터, 본 개시의 제3의 양태에 관한 고체 촬상 장치가 구성된다. 복수의 이들의 촬상 소자의 배치로서, 베이어 배열을 들 수 있다. 각 촬상 소자의 광입사측에는, 필요에 응하여, 청색, 녹색, 적색의 분광을 행하기 위한 컬러 필터가 배설되어 있다.A modified example of the imaging element of Example 10 showing a schematic partial cross-sectional view in FIG. 43 is a back-illumination imaging element, and is composed of the first imaging elements of Examples 1 to 6 of the first type. In addition, a modification example of the imaging element of Example 10 showing a schematic cross-sectional view in FIG. 44 is a surface irradiation type imaging element, and is composed of the first imaging elements of Examples 1 to 6 of the first type. have. Here, the first imaging element is composed of three types of imaging elements: an imaging element that absorbs red light, an imaging element that absorbs green light, and an imaging element that absorbs blue light. Furthermore, a solid-state imaging device according to the third aspect of the present disclosure is configured from a plurality of these imaging elements. As an arrangement of a plurality of these imaging elements, a Bayer arrangement is exemplified. Color filters for performing spectroscopy of blue, green, and red are provided on the light incident side of each imaging element, if necessary.
또한, 제1 타입의 실시례 1∼실시례 6의 촬상 소자를 하나, 마련하는 대신에, 2개, 적층하는 형태(즉, 광전변환부를 2개, 적층하고, 반도체 기판에 2개의 촬상 소자의 제어부를 마련하는 형태), 또는 또한, 3개, 적층하는 형태(즉, 광전변환부를 3개, 적층하고, 반도체 기판에 3개의 촬상 소자의 제어부를 마련하는 형태)로 할 수도 있다. 제1 타입의 촬상 소자와 제2 타입의 촬상 소자의 적층 구조례를, 이하의 표에 예시한다.In addition, instead of providing one of the imaging elements of Examples 1 to 6 of the first type, two or more of them are stacked (i.e., two photoelectric conversion units are stacked, and two imaging elements are stacked on a semiconductor substrate). It is also possible to use a form in which a control unit is provided, or three or in a stacking mode (i.e., three photoelectric conversion units are stacked and a control unit for three imaging elements is provided on a semiconductor substrate). An example of a laminated structure of the first type of imaging element and the second type of imaging element is exemplified in the following table.
실시례 11Example 11
실시례 11은, 실시례 1∼실시례 10의 변형이고, 전하 배출 전극을 구비한 본 개시의 촬상 소자 등에 관한 것이다. 실시례 11의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 일부분의 모식적인 일부 단면도를 도 45에 도시하고, 실시례 11의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극, 전하 축적용 전극 및 전하 배출 전극의 모식적인 배치도를 도 46에 도시하고, 실시례 11의 촬상 소자를 구성하는 제1 전극, 전하 축적용 전극, 전하 배출 전극, 제2 전극 및 콘택트 홀부의 모식적인 투시 사시도를 도 47에 도시한다.Example 11 is a modification of Examples 1 to 10, and relates to the imaging device of the present disclosure provided with a discharge electrode. 45 is a schematic partial cross-sectional view of a part of the imaging device of Example 11 and a part of a stacked-type imaging device, and a schematic arrangement diagram of the first electrode, charge accumulation electrode, and charge discharge electrode constituting the imaging device of Example 11 is shown. 46 is a schematic perspective perspective view of a first electrode, a charge accumulation electrode, a charge discharge electrode, a second electrode, and a contact hole portion constituting the imaging element of Example 11, shown in FIG.
실시례 11의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자에서는, 접속부(69)를 통하여 광전변환층(15)에 접속되고, 제1 전극(11) 및 전하 축적용 전극(12)과 이간하여 배치된 전하 배출 전극(14)을 또한 구비하고 있다. 여기서, 전하 배출 전극(14)은, 제1 전극(11) 및 전하 축적용 전극(12)을 둘러싸도록(즉, 액자형상으로) 배치되어 있다. 전하 배출 전극(14)은, 구동 회로를 구성하는 화소 구동 회로에 접속되어 있다. 접속부(69) 내에는, 광전변환층(15)이 연재되어 있다. 즉, 광전변환층(15)은, 절연층(82)에 마련된 제2 개구부(85) 내를 연재되고, 전하 배출 전극(14)과 접속되어 있다. 전하 배출 전극(14)은, 복수의 촬상 소자에서 공유화(공통화)되어 있다.In the imaging device of Example 11 and the stacked imaging device, the charge discharge electrode is connected to the
실시례 11에서는, 전하 축적 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극(11)에 전위(V11)가 인가되고, 전하 축적용 전극(12)에 전위(V12)가 인가되고, 전하 배출 전극(14)에 전위(V14)가 인가되고, 광전변환층(15)에 전하가 축적된다. 광전변환층(15)에 입사된 광에 의해 광전변환층(15)에서 광전변환이 생긴다. 광전변환에 의해 생성한 정공은, 제2 전극(16)로부터 배선(VOU)을 통하여 구동 회로로 송출된다. 한편, 제1 전극(11)의 전위를 제2 전극(16)의 전위보다 높게 하였기 때문에, 즉, 예를 들면, 제1 전극(11)에 정의 전위가 인가되고, 제2 전극(16)에 부의 전위가 인가된다고 하였기 때문에, V14>V11(예를 들면, V12>V14>V11)로 한다. 이에 의해, 광전변환에 의해 생성한 전자는, 전하 축적용 전극(12)에 끌어당겨지고, 전하 축적용 전극(12)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에 멈추어, 제1 전극(11)을 향하여 이동하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 단, 전하 축적용 전극(12)에 의한 끌어당김이 충분하지 않고, 또는 또한, 광전변환층(15)에 모두 축적되지 않은 전자(이른바 오버플로우한 전자)는, 전하 배출 전극(14)을 경유하여, 구동 회로에 송출된다.Exemplary cases of the 11, in the charge accumulation period, from the driving circuit, is applied to the potential (V 11) to the
전하 축적 기간의 후기에서, 리셋 동작이 이루어진다. 이에 의해, 제1 부유 확산층(FD1)의 전위가 리셋되어, 제1 부유 확산층(FD1)의 전위는 전원의 전위(VDD)가 된다.In the later stage of the charge accumulation period, a reset operation is performed. Accordingly, the potential of the first floating diffusion layer FD 1 is reset, and the potential of the first floating diffusion layer FD 1 becomes the potential V DD of the power source.
리셋 동작의 완료 후, 전하의 판독을 행한다. 즉, 전하 전송 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극(11)에 전위(V21)가 인가되고, 전하 축적용 전극(12)에 전위(V22)가 인가되고, 전하 배출 전극(14)에 전위(V24)가 인가된다. 여기서, V24<V21(예를 들면, V24<V22<V21)로 한다. 이에 의해, 전하 축적용 전극(12)과 대향한 광전변환층(15)의 영역에 머물러 있던 전자는, 제1 전극(11), 나아가서는, 제1 부유 확산층(FD1)으로 확실하게 판독된다. 즉, 광전변환층(15)에 축적된 전하가 제어부에 판독된다.After completion of the reset operation, the charge is read. That is, in the charge transfer period, from the driving circuit, the electric potential to the
이상으로, 전하 축적, 리셋 동작, 전하 전송이라는 일련의 동작이 완료된다.Thus, a series of operations such as charge accumulation, reset operation, and charge transfer are completed.
제1 부유 확산층(FD1)에 전자가 판독된 후의 증폭 트랜지스터(TR1amp), 선택 트랜지스터(TR1sel)의 동작은, 종래의 이들 트랜지스터의 동작과 같다. 또한, 예를 들면, 제2 촬상 소자, 제3 촬상 소자의 전하 축적, 리셋 동작, 전하 전송이라는 일련의 동작은, 종래의 전하 축적, 리셋 동작, 전하 전송이라는 일련의 동작과 마찬가지이다.The operations of the amplifying transistor TR1 amp and the selection transistor TR1 sel after the electrons are read into the first floating diffusion layer FD 1 are the same as those of the conventional transistors. In addition, for example, the series of operations of charge accumulation, reset operation and charge transfer of the second imaging element and the third imaging element are the same as those of the conventional series of operations of charge accumulation, reset operation and charge transfer.
실시례 11에서는, 이른바 오버플로우한 전자는 전하 배출 전극(14)을 경유하여 구동 회로에 송출되기 때문에, 인접 화소의 전하 축적부로의 누입을 억제할 수 있고, 블루밍의 발생을 억제할 수 있다. 그리고, 이에 의해, 촬상 소자의 촬상 성능을 향상시킬 수 있다.In Example 11, the so-called overflowed electrons are sent to the driving circuit via the
실시례 12Example 12
본 개시의 또 하나의 실시례로서, 도 61 내지 도 96을 이용하여, 실시례 12를 설명한다.As another embodiment of the present disclosure, Example 12 will be described using FIGS. 61 to 96.
도 1 내지 9와 도 56을 참조하여 설명한 제1의 실시례 및 그 변형례가 되는 고체 촬상 장치(100)는, 도 9에 기재한 바와 같이, 적층형 촬상 소자(101)를 반복단위로 하고, 이것을 2차원 어레이형상으로 배열하여 구성한 촬상 영역(111)을 구비하고 있다. 그리고, 반복단위가 된 적층형 촬상 소자(101)에 관해, (1) 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 제1 내지 제3의 촬상 소자(102 내지 104)의 등가 회로를 도 3에 도시하고, (2) 이들 제1 내지 제3의 촬상 소자(102 내지 104)를 구비한 적층형 촬상 소자(101)의 전체의 등가 회로를 도 4에 도시하고, (3) 적층형 촬상 소자(101)에 포함되는 트랜지스터의 반도체 기판(70)의 제1면에서의 레이아웃을 도 5에 도시하고, (4) 적층형 촬상 소자(101)의 단면도를 도 1과 도 56에 도시하였다.In the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 56 and the modification example and the solid-
실시례 12로서 개시한 고체 촬상 장치(100)는, 등가 회로상의 구성과 단면 구조와 평면 구조에 있어서, 실시례 1과 상위하는 점이 있다. 이들 상위점의 각각에 관해 설명한다.The solid-
<단면 구조><Sectional structure>
도 61은, 실시례 12의 고체 촬상 장치(100)에 구비되는 적층형 촬상 소자(101)의 단면 구조를 도시하는 도면이다.61 is a diagram showing a cross-sectional structure of a stacked
도 61에 기재된 실시례 12의 적층형 촬상 소자(101)의 단면 구조는, 도 56에 도시한 실시례 1의 변형례가 되는 적층형 촬상 소자(101)와, 이하의 기본적인 구성은 같다. 즉, 하나의 적층형 촬상 소자(101)(환언하면, 1화소분의 적층형 촬상 소자(101))는,The cross-sectional structure of the stacked
(1) 1개의 온 칩·마이크로·렌즈(90)와,(1) One on-
(2) 제1의 촬상 소자(102)를 구성하는 광전변환부로서, 제1 전극(11)과 전하 축적용 전극(12)과 절연층(82)과 반도체층(15B)과 광전변환층(15A)과 제2 전극(16)을 포함하는 하나의 광전변환부(17)와,(2) As the photoelectric conversion unit constituting the
(3) 제2의 촬상 소자(103)를 구성하는 하나의 PD(2)와,(3) one
(4) 제3의 촬상 소자(104)를 구성하는 하나의 PD(3)를(4) One
적층하여 구비한다.It is provided by lamination.
단, 도면상의 기재로서는, 도 61에 기재된 실시례 12의 적층형 촬상 소자(101)의 단면 구조는, 도 56에 도시한 실시례 1의 변형례가 되는 적층형 촬상 소자(101)의 단면 구조와, 이하의 점이 상위하다.However, as the description on the drawing, the cross-sectional structure of the stacked
(1) 도 56에 기재된 적층형 촬상 소자(101)에서, 제2 전극(16)과 광전변환층(15B)과 반도체층(15A)은, 도면 좌우 방향으로 외연(外緣)이 기재되어 있다. 이에 대해, 실시례 12가 되는 적층형 촬상 소자(101)는, 제2 전극(16)과 광전변환층(15B)과 반도체층(15A)이, 복수개의 적층형 촬상 소자(101)(환언하면 복수 화소분의 적층형 촬상 소자(101))에 걸쳐서 연재(延在)되어 있다. 보다 바람직하게는, 고체 촬상 장치(100)에 구비되는 촬상 영역(환언하면 화소 어레이 영역(111))의 전체에 걸쳐서 연재되어 있다. 도 61에 기재된 적층형 촬상 소자(101)에서, 제2 전극(16)과 광전변환층(15B)과 반도체층(15A)은, 도면 좌우 방향의 외연이 없다. 단, 제2 전극(16)과 광전변환층(15B)과 반도체층(15A) 또는 또한 광전변환층(15)을, 복수 화소분의 적층형 촬상 소자(101)에 걸쳐서 연재시키고, 셀 구성은, 본 개시의 모든 실시례 및 그 변형례에 대해서도 적용할 수 있다. 이 때문에, 이들의 막에 관한 상기 구성의 차이는, 도 61에 기재된 실시례 12의 적층형 촬상 소자(101)와, 도 56에 도시한 실시례 1의 변형례가 되는 적층형 촬상 소자(101)의, 본질적인 차이는 아니다.(1) In the stacked
(2) 도 56에 기재된 적층형 촬상 소자(101)에서, 전하 축적용 전극(12)은, 접속구멍(66)과, 패드부(64)와, 패드부(64)와 동층이 되는 금속 배선층을 이용하여 전하 축적용 전극(12)과 콘택트 홀부(61) 사이에 형성되어 복수의 화소에 걸쳐서 연재되어 있는 도 8에 기재된 전하 축적용 전극의 구동 배선(VOA)을 통하여 구동하는 구성으로 되어 있다. 이에 대해, 실시례 12가 되는 적층형 촬상 소자(101)는, 반도체 기판(70)의 광의 입사측에 위치하는 일방의 면(70B)과 광전변환부(17) 사이의 층간 절연층(81) 중에, 신호 배선이나 특정 전압의 공급선에 이용할 수 있는 도전체의 배선층과 그곳에의 접속 구조를, 적층형 촬상 소자(101)의 적층 방향으로 2조(組), 적층하여 구비하고 있다. 단, 상기 적층된 2조의 배선층과 그곳에의 접속 구조를 구비하는 구성은, 본 개시의 모든 실시례 및 그 변형례에 대해서도 적용할 수 있다. 이 때문에, 이들의 배선과 접속 구조에 관한 상기 구성의 차이는, 도 61에 기재된 실시례 12의 적층형 촬상 소자(101)와, 도 56에 도시한 실시례 1의 변형례가 되는 적층형 촬상 소자(101)의, 본질적인 차이는 아니다.(2) In the stacked-
(3) 도 56에 기재된 적층형 촬상 소자(101)에서, 반도체 기판(70)의 광의 입사와 반대측에 위치하는 또한 일방의 면(70A)의 하방(광의 입사면과 반대측이 되는 방향)에 배치한 층간 절연층(76) 중에는, 도면상은 배선층으로서 배선층(62)이 기재되어 있다. 이에 대해, 실시례 12가 되는 적층형 촬상 소자(101)는, 층간 절연층(76) 중에 적어도 3층 이상의 배선층을 구비한다. 도 61에서는, 층간 절연층(76) 중에 3층의 배선층(62A 내지 62C)과 그곳에의 접속 구조를 기재하고 있다. 단, 상기 복수층의 배선층과 그곳에의 접속 구조를 구비한 구성은, 본 개시의 모든 실시례 및 그 변형례에 대해서도 적용할 수 있다. 이 때문에, 이러한 배선과 접속 구조에 관한 상기 구성의 차이는, 도 61에 기재된 실시례 12의 적층형 촬상 소자(101)와, 도 56에 도시한 실시례 1의 변형례가 되는 적층형 촬상 소자(101)의, 본질적인 차이는 아니다.(3) In the stacked-
(4) 도 1에 기재된 적층형 촬상 소자(101)에서, 광전변환부는, N개의 광전변환부 세그먼트를 구비하고, 이에 의해, 전하 축적용 전극(12)과 광전변환층(15)의 사이에 배치된 절연층(82)과, 전하 축적용 전극(12)은, 그 막두께가 제1 전극부터의 거리에 의존하여 변화하는 구성으로 되어 있다. 이에 대해, 실시례 12가 되는 적층형 촬상 소자(101)는, 상기 N개의 광전변환부 세그먼트를 구비하고 있어도 좋고, 그 광전변환부 세그먼트를 구비하지 않고, 절연층(82)과 전하 축적용 전극(12)의 막두께가 제1 전극부터의 거리에 의존하지 않고 일정한 막두께로 되어 있어도 좋다.(4) In the stacked-
<등가 회로><Equivalent circuit>
도 62는, 실시례 12의 고체 촬상 장치(100)에 구비되는 적층형 촬상 소자(101)를 4개분, 환언하면 4화소분의 등가 회로를 도시하고 있다.FIG. 62 shows equivalent circuits of four stacked
도 3과 도 4에 기재한 실시례 1의 적층형 촬상 소자(101)는, 1개의 화소가, 제1 내지 제3의 촬상 소자(102 내지 104)를 각 1개 구비하고,In the stacked
(1) 제1의 촬상 소자(102)는, 제1 전극(11)과 전하 축적용 전극(12)과 절연층(82)과 광전변환층(15)과 제2 전극(16)을 포함하는 광전변환부(17)와, 제1의 촬상 소자(102)를 구성하는 화소 트랜지스터인 리셋·트랜지스터(TR1rst)와 증폭 트랜지스터(TR1amp)와 선택 트랜지스터(TR1sel) 각 1개와, 또한, 광전변환부(17)에 접속된 제1 부유 확산층(FD1)을 구비하고,(1) The
(2) 제2의 촬상 소자(103)는, n형 반도체 영역(41)을 포함하는 포토 다이오드(PD2)와, 제2의 촬상 소자(103)를 구성하는 화소 트랜지스터인 전송 트랜지스터(TR2trs)와, 리셋·트랜지스터(TR2rst)와, 증폭 트랜지스터(TR2amp)와, 선택 트랜지스터(TR2sel) 각 1개와, 또한, 전송 트랜지스터(TR2trs)에 접속된 제2 부유 확산층(FD2)을 구비하고,(2) The
(3) 제3의 촬상 소자(104)는, n형 반도체 영역(43)을 포함하는 포토 다이오드(PD3)와, 제3의 촬상 소자(104)를 구성하는 화소 트랜지스터인 전송 트랜지스터(TR3trs)와, 리셋·트랜지스터(TR3rst)와, 증폭 트랜지스터(TR3amp)와, 선택 트랜지스터(TR3sel) 각 1개와, 또한, 전송 트랜지스터(TR3trs)에 접속된 제3 부유 확산층(FD3)을 구비하고 있다.(3) The
이에 대해, 도 62에 기재한 실시례 12의 적층형 촬상 소자(101)는, 복수 화소분의 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 복수개의 제1 내지 제3의 촬상 소자(102 내지 104)가, 촬상 소자를 구성하는 요소인 화소 트랜지스터와 부유 확산층을, 공유하는 구성으로 되어 있다.In contrast, in the stacked
도 62를 참조하여, 실시례 12의 적층형 촬상 소자(101)의 구체적인 구성을 설명한다.Referring to Fig. 62, a specific configuration of the stacked
도 62에 기재한 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)는, 4개의 제1의 촬상 소자(102)와, 4개의 제2의 촬상 소자(103)와, 4개의 제3의 촬상 소자(104)를 구비한다.The four-pixel stacked
상기 4개의 제1의 촬상 소자(102)는, 각각 1개, 합계 4개의 광전변환부(17)를 구비한다. 상기 4개의 광전변환부(17)는, 하나의 제1 부유 확산층(FD1)에 접속되어 있다.Each of the four
상기 하나의 제1 부유 확산층(FD1)에는, 리셋·트랜지스터(TR1rst) 1개와 전원선(Vdd)이 직렬로 접속되어 있다. 이와는 별개로, 제1 부유 확산층(FD1)에는, 증폭 트랜지스터(TR1amp)와 선택 트랜지스터(TR1sel)의 각 1개와 신호선(데이터 출력선)(VSL1)이 직렬로 접속되어 있다.One reset transistor TR1 rst and a power supply line Vdd are connected to the first floating diffusion layer FD1 in series. Separately, each of the amplifying transistor TR1 amp and the selection transistor TR1 sel and the signal line (data output line) VSL 1 are connected in series to the first floating diffusion layer FD1.
상기 4개의 광전변환부(17)에 구비되는 4개의 전하 축적용 전극(12)과, 상기 리셋·트랜지스터(TR1rst)와 증폭 트랜지스터(TR1amp)와 선택 트랜지스터(TR1sel) 각 1개로, 상기 4개의 제1의 촬상 소자(102)의 판독 동작과 리셋 동작을 담당하는, 1조의 제어부(제1의 제어부)를 구성하고 있다.Each of the four
도 62에 기재한 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 4개의 제1의 촬상 소자(102)는, 전하 축적용 전극(12)을 제외하고, 상기 1조의 제어부(제1의 제어부)를 공유하는 구성으로 되어 있다. 상기 4개의 제1의 촬상 소자(102)에 구비되는 광전변환부(17)에서 발생한 전하를 판독할 때에는, 상기 제1의 제어부를 이용하여, 시분할하여 차례로 판독하는 처리를 행한다.The four
도 62에 기재한 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 상기 4개의 제2의 촬상 소자(103)는, 각각 1개, 합계 4개의 포토 다이오드(PD2)를 구비한다. 상기 4개의 포토 다이오드(PD2)는, 4개의 전송 트랜지스터(TR2trs)를 통하여, 1개의 제2 부유 확산층(FD2)에 접속되어 있다.Each of the four
도 62에 기재한 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 상기 4개의 제3의 촬상 소자(104)는, 각각 1개, 합계 4개의 포토 다이오드(PD3)를 구비한다. 상기 4개의 포토 다이오드(PD3)도, 4개의 전송 트랜지스터(TR3trs)를 통하여, 상기 하나의 제3 부유 확산층(FD2)에 접속되어 있다.The four
상기 하나의 제2 부유 확산층(FD2)에는, 리셋·트랜지스터(TR2rst) 1개와 전원선(Vdd)이 직렬로 접속되어 있다. 이와는 별개로, 제2 부유 확산층(FD2)에는, 증폭 트랜지스터(TR2amp)와 선택 트랜지스터(TR2sel)의 각 1개와 신호선(데이터 출력선)(VSL2)이 직렬로 접속되어 있다.One reset transistor TR2 rst and a power supply line Vdd are connected to the second floating diffusion layer FD2 in series. Separately, one of the amplifying transistor TR2 amp and the selection transistor TR2 sel and a signal line (data output line) VSL2 are connected in series to the second floating diffusion layer FD2.
상기 4개의 전송 트랜지스터(TR2trs)와, 상기 4개의 전송 트랜지스터(TR3trs)와, 상기 리셋·트랜지스터(TR2rst)와 증폭 트랜지스터(TR2amp)와 선택 트랜지스터(TR2sel) 각 1개로, 상기 4개의 제2의 촬상 소자(103)와 상기 4개의 제3의 촬상 소자(104)의, 판독 동작과 리셋 동작을 담당하는, 1조의 제어부(제2의 제어부)를 구성하고 있다.The four transfer transistors TR2 trs , the four transfer transistors TR3 trs , the reset transistor TR2 rst , the amplification transistor TR2 amp , and the selection transistor TR2 sel , each of the four A pair of control units (second control unit), which are in charge of the read operation and the reset operation, of the two
도 62에 기재한 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 4개의 제2의 촬상 소자(103)와 4개의 제3의 촬상 소자(104)는, 전송 트랜지스터(TR2trs)와 전송 트랜지스터(TR3trs)를 제외하고, 상기 1조의 제어부(제2의 제어부)를 공유하는 구성으로 되어 있다. 상기 4개의 제2의 촬상 소자(103)에 구비되는 포토 다이오드(PD2)와 4개의 제3의 촬상 소자(104)에 구비되는 포토 다이오드(PD3)에서 발생한 전하를 판독할 때에는, 상기 제2의 제어부를 이용하여, 시분할하여 차례로 판독하는 처리를 행한다.The four
이와 같이, 도 62에 기재한 실시례 12는, 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)가, 전하 축적용 전극(12)과 전송 트랜지스터(TR2trs)와 전송 트랜지스터(TR3trs)를 제외하고, 1조의 제1의 제어부와 1조의 제2의 제어부를, 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)의 사이에서 공유하는 구성으로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 리셋·트랜지스터(TR1rst)와 증폭 트랜지스터(TR1amp)와 선택 트랜지스터(TR1sel) 각 1개로 1조의 제1의 제어부를 구성하고, 또한, 리셋·트랜지스터(TR2rst)와 증폭 트랜지스터(TR2amp)와 선택 트랜지스터(TR2sel) 각 1개로 1조의 제2의 제어부를 구성하고, 이들 1조의 제1의 제어부와 1조의 제2의 제어부를, 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)의 사이에서 공유하는 구성으로 되어 있다.As described above, in Example 12 described in FIG. 62, the four-pixel stacked
본 개시의 실시례 12에서는, 도 62에 기재한 등가 회로상에서 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)를 하나의 반복단위로 하여, 이것을 복수개 2차원형상으로 배열함으로써, 고체 촬상 장치(100)에 구비되는 화소 어레이(111)를 형성하고 있다.In Example 12 of the present disclosure, on the equivalent circuit shown in Fig. 62, the four-pixel stacked
본 개시의 실시례 12에서는, 상기 1조의 제1의 제어부와 1조의 제2의 제어부를, 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)의 사이에서 공유하는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 도 3과 도 4에 기재한 실시례 1과 같이 1화소분의 적층형 촬상 소자(101)가 각 각 독립하여 제어부를 구비하는 구성과 비교하여, 실시례 12의 구성은, 필요해지는 트랜지스터의 수가 적고, 그 결과, 적층형 촬상 소자(101)와 이것을 이용한 고체 촬상 장치(100)의 고집적화를 도모하기 쉽다, 라는 작용 효과가 생긴다.In Example 12 of the present disclosure, the first control unit of the first set and the second control group of the first set are shared between the four-layer stacked
<평면 구조><Plane structure>
도 63은, 실시례 12의 고체 촬상 장치(100)에 구비되는 화소 어레이(111)의 일부의 평면 구조를 도시하는 도면이다. 도 63은, 적층형 촬상 소자(101)를 로우 방향과 칼럼 방향의 각각에 4화소씩, 합계 16화소분의 평면 구조를 도시하고 있다.63 is a diagram showing a partial planar structure of the
보다 구체적으로는, 도 63에서는,More specifically, in Figure 63,
(1) 적층형 촬상 소자(101)의 제1 내지 제3의 촬상 소자(102 내지 104)에 구비되는 화소 트랜지스터로서, 반도체 기판(70)의 일방의 면(70A)에 형성한 트랜지스터의 활성 영역을 세선의 실선으로,(1) A pixel transistor provided in the first to
(2) 적층형 촬상 소자(101)의 제1 내지 제3의 촬상 소자(102 내지 104)에 구비되는 화소 트랜지스터로서, 반도체 기판(70)의 일방의 면(70A)에 형성한 트랜지스터의 게이트 전극을 세선의 실선으로,(2) A pixel transistor provided in the first to
(3) 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 온 칩·마이크로·렌즈(90)를, 세선의 2점 쇄선으로,(3) The on-
(4) 적층형 촬상 소자(101)의 1화소분의 화소의 외연이 되는 선, 즉, 화소 경계선을, 세선의 1점 쇄선으로,(4) The line that becomes the outer edge of a pixel for one pixel of the stacked
(5) 화소 어레이에서의 각 화소의 로우 방향과 칼럼 방향의 화소의 위치(좌표)를(X, Y)라는 서식(書式)으로,(5) The positions (coordinates) of the pixels in the row direction and the column direction of each pixel in the pixel array are in the form of (X, Y),
표시하고 있다.Is displayed.
앞서 기술한 바와 같이, 본 개시의 실시례 12에서는, 도 62에 기재한 등가 회로상에서 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)를 하나의 반복단위로 하여, 이것을 복수개 2차원형상으로 배열함으로써, 고체 촬상 장치(100)에 구비되는 화소 어레이(111)를 형성하고 있다.As described above, in Example 12 of the present disclosure, the four-pixel stacked
도 64는, 도 63과 같은 도면에서 상기 반복단위 하나의 외형선을 태선으로 표시함과 함께, 상기 반복단위 1개 구비되는 각 트랜지스터의 위치를 도시한 도면이다.FIG. 64 is a view showing the position of each transistor provided with one repeating unit, while the outline of one repeating unit is indicated by a solid line in the same drawing as in FIG. 63.
도 65는, 도 63과 같은 도면에서, 도 64에 기재된 상기 반복단위가, 화소 어레이(111)의 로우 방향과 칼럼 방향의 쌍방에, 어떻게 반복 배치되는지를 도시한 도면이다.FIG. 65 is a diagram showing how the repeating units described in FIG. 64 are repeatedly arranged in both the row direction and the column direction of the
도 66은, 도 64와 같은 도면에서, 제3 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD3)의 평면 형상을 태선으로 추가 기재한 도면이다. 도 66에는, 16화소분의 적층 촬상 소자(101)가 기재되어 있기 때문에, 이들에 구비되는 포토 다이오드(PD3)도, 16화소분 기재되어 있다.FIG. 66 is a view in which the planar shape of the photodiode PD3 provided in the third imaging element is additionally described in the same diagram as in FIG. Since the
또한 도 66은, 태선으로 기재한 하나의 반복단위에 포함되는 트랜지스터로서, 제3 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD3)에서 발생한 전하를 판독하는 동작과 그 반복단위에 구비되는 제2 부유 확산층(FD2)을 리셋하는 동작에 이용하는 8개의 트랜지스터, 즉, 4개의 전송 트랜지스터(TR3trs) 및, 리셋·트랜지스터(TR2rst)와 증폭 트랜지스터(TR2amp)와 선택 트랜지스터(TR2sel) 각 하나의, 위치도 도시하고 있다.In addition, FIG. 66 is a transistor included in one repeating unit described by a Tae-seon, an operation for reading charge generated in the photodiode PD3 provided in the third imaging device, and a second floating diffusion layer provided in the repeating unit ( Eight transistors used for the operation of resetting FD2, that is, four transfer transistors TR3 trs , one reset transistor TR2 rst , an amplification transistor TR2 amp , and a selection transistor TR2 sel , respectively. Also shown.
또한 도 66은, 그 도면에 기재된 16화소분의 포토 다이오드(PD3) 중, 태선으로 기재한 하나의 반복단위에 포함되는 트랜지스터에 접속하여 전하의 판독 동작을 행하는 대상으로 하는 4개의 포토 다이오드(PD3)를, 망(網)붙임으로 도시하였다.In addition, FIG. 66 shows four photodiodes PD3 for the purpose of performing a read operation of charges by connecting to a transistor included in one repeating unit described by a dashed line among the 16-pixel photodiodes PD3 described in the figure. ) Is shown by attaching a net.
도 63과 도 64와 도 66을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 실시례 12에서는, 도 64와 도 66에 태선으로 기재한 1개의 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여, 도 63에 기재한, (1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2)의 위치의 화소에 구비되는, 4개의 포토 다이오드(PD3)의 전하를 판독한다.As can be seen with reference to Figs. 63, 64, and 66, in Example 12, the transistors included in one repeating unit shown in Figs. The charges of the four photodiodes PD3 provided in the pixels at positions (1, 1), (1, 2), (2, 1), and (2, 2) are read.
도 67은, 도 65에 태선으로 기재한 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여, 도 63에 기재한 어느 위치의 화소에 구비되는 4개의 포토 다이오드(PD3)의 전하를 판독하는지를, 도시한 도면이다.FIG. 67 is a diagram showing the charges of the four photodiodes PD3 provided in the pixels at the positions shown in FIG. 63 using the transistor included in the repeating unit shown in FIG. 65 using the repeating unit. .
도 66을 참조하여 설명한 바와 같이, 그 도면에 기재된 태선으로 기재한 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여 판독 동작을 행하는 대상으로 하는 4개의 포토 다이오드(PD3)는, 도 63에 기재된 좌표에서, (1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2)에 위치하는, 화소 어레이(111)의 로우 방향으로 2화소분, 칼럼 방향으로 2화소분으로 이루어지는 합계 2×2화소분의 포토 다이오드(PD3)였다.As described with reference to FIG. 66, the four photodiodes PD3 to be subjected to the read operation using the transistor included in the repeating unit described by the dashed line described in the figure are ( A total of 2 pixels in the row direction of the
도 67에서는, 도 66에 기재된 반복단위와 같은 위치가 되는 반복단위에, (1, 1)-(2, 2)로 기재하고, 이 반복단위에 구비되는 트랜지스터를 이용하여 (1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2)에 위치하는 2×2화소분의 포토 다이오드(PD3)의 전하를 판독하는 것을 기재하였다. 또한, 도 67에서는, 각각의 반복단위에서, 어느 위치의 화소에 구비되는 포토 다이오드(PD3)의 전하를 판독하는지를 기재하였다. 도 67에 기재된 화소 어레이(111)에 구비되는 각각의 반복단위에서는, (2n+1, 2n+1), (2n+1, 2n+2), (2n+2, 2n+1), (2n+2, 2n+2), (여기서, n=0, 1, 2, …)가 되는 2×2화소분의 포토 다이오드(PD3)의 전하를 판독한다.In FIG. 67, (1, 1)-(2, 2) is described as a repeating unit at the same position as the repeating unit shown in FIG. 66, and (1, 1) using a transistor provided in the repeating unit, It has been described that the charge of the photodiode PD3 for 2 x 2 pixels located at (1, 2), (2, 1), and (2, 2) is read. In addition, in Fig. 67, it has been described in which repeating unit the charge of the photodiode PD3 provided in the pixel is read. In each repeating unit provided in the
도 68은, 도 64와 같은 도면에서, 제1 촬상 소자에 구비되는 광전변환부(17)가 갖는 전하 축적용 전극(12)의 평면 형상을 태선으로 추가 기재한 도면이다. 도 68에는, 16화소분의 적층 촬상 소자(101)가 기재되어 있기 때문에, 이들에 구비되는 전하 축적용 전극(12)도, 16화소분 기재되어 있다.FIG. 68 is a view in which the planar shape of the
여기서, 실시례 12의 적층 촬상 소자(101)는, 도 62를 참조하여 설명한 바와 같이, 반복단위가 되는 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)가 4개의 제1의 촬상 소자(102)를 구비하고, 상기 4개의 제1의 촬상 소자(102)에 구비되는 4개의 광전변환부(17)는, 하나의 제1 부유 확산층(FD1)에 접속되어 있다. 더욱 상세히 설명하면, 상기 4개의 광전변환부(17)는, 제1 전극(11)과 전하 축적용 전극(12)을 각각 각 1개가 구비하는 것은 아니고, 상기 4개의 광전변환부(17)가 각각 각 1개의 전하 축적용 전극(12)을 구비하는 한편, 제1 전극(11)에 관해서는, 상기 4개의 광전변환부(17)가 1개의 제1 전극(11)을 공유하는 구성으로 되어 있다. 상기 공유된 1개의 제1 전극(11)은, 도 61에 도시한 바와 같이, 적층된 2조의 배선층과 그곳에의 접속 구조를 통하여 1개의 실리콘 기판을 관통하는 관통 전극(TSV, Through Silicon Via)(61)에 접속되고, 나아가서는 상기 관통 전극(61)을 통하여 반도체 기판(70)의 일방의 면(70A)의 하방에 형성한 배선층(62)에 접속되고, 또한 이것을 통하여 상기 반도체 기판(70)의 일방의 면(70A)에 형성한 1개의 제1 부유 확산층(FD1)(51C)에 접속된다. 도 68에는, 상기 4개의 광전변환부(17)에서 공유된 1개의 제1 전극(11)과 1개의 관통 전극(61)도 아울러서 기재하였다.Here, in the
또한 도 68은, 태선으로 기재한 1개의 반복단위에 포함되는 트랜지스터로서, 제1 촬상 소자에 구비되는 광전변환부(17)에서 발생한 전하를 판독하는 동작과 그 반복단위에 구비되는 제1 부유 확산층(FD1)을 리셋하는 동작에 이용하는 4개의 트랜지스터, 즉, 리셋·트랜지스터(TR1rst)와 증폭 트랜지스터(TR1amp)와 선택 트랜지스터(TR1sel) 각 1개의, 위치도 나타내고 있다.In addition, FIG. 68 is a transistor included in one repeating unit described by a dashed line, which reads the charge generated in the
또한 도 66은, 그 도면에 기재된 16화소분의 전하 축적용 전극(12) 중, 태선으로 기재한 1개의 반복단위에 포함되는 트랜지스터에 접속하여 전하의 판독 동작을 행하는 대상으로 하는 4개의 광전변환부(17)에 구비되는 전하 축적용 전극(12)을, 망붙임으로 도시하였다.In addition, FIG. 66 shows four photoelectric conversion targets that are connected to transistors included in one repeating unit described by the dashed line among the
도 63과 도 64와 도 68을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 실시례 12에서는, 도 64와 도 66에 태선으로 기재한 1개의 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여, 도 63에 기재한, (1, 2), (1, 3), (2, 2), (2, 3)의 위치의 화소에 구비되는, 4개의 광전변환부(17)로부터 전하를 판독한다.As can be seen with reference to Figs. 63, 64, and 68, in Example 12, the transistors included in one repeating unit shown in Figs. Electric charges are read from the four
도 69는, 도 65에 태선으로 기재한 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여, 도 63에 기재한 어느 위치의 화소에 구비되는 4개의 광전변환부(17)의 전하를 판독하는지를, 도시한 도면이다.FIG. 69 is a diagram showing the charges of the four
도 68을 참조하여 설명한 바와 같이, 그 도면에 기재된 태선으로 기재한 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여 판독 동작을 행하는 대상으로 하는 4개의 광전변환부(17)는, 도 63에 기재된 좌표에서, (1, 2), (1, 3), (2, 2), (2, 3)에 위치하는, 화소 어레이(111)의 로우 방향으로 2화소분, 칼럼 방향으로 2화소분이 되는 합계 2×2화소분의 광전변환부(17)였다.As described with reference to Fig. 68, the four
도 69에서는, 도 68에 기재된 반복단위와 같은 위치가 되는 반복단위에, (1, 2)-(2, 3)로 기재하고, 이 반복단위에 구비되는 트랜지스터를 이용하여 (1, 2), (1, 3), (2, 2), (2, 3)에 위치하는 2×2화소분의 광전변환부(17)의 전하를 판독하는 것을 기재하였다. 또한, 도 69에서는, 각각의 반복단위에서, 어느 위치의 화소에 구비되는 광전변환부(17)의 전하를 판독하는지를 기재하였다. 도 69에 기재된 화소 어레이(111)에 구비되는 각각의 반복단위에서는, (2n+1, 2n+2), (2n+1, 2n+3), (2n+2, 2n+2), (2n+2, 2n+3), (여기서, n=0, 1, 2, …)가 되는 2×2화소분의 광전변환부(17)의 전하를 판독한다.In FIG. 69, (1, 2)-(2, 3) is described as a repeating unit at the same position as the repeating unit shown in FIG. 68, and (1, 2) using transistors provided in this repeating unit, It has been described that the charges of the
도 70은, 도 64와 같은 도면에서, 제2 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD2)의 평면 형상을 태선으로 추가 기재한 도면이다. 도 70에는, 16화소분의 적층 촬상 소자(101)가 기재되어 있기 때문에, 이들에 구비되는 포토 다이오드(PD2)도, 16화소분 기재되어 있다.FIG. 70 is a view in which the planar shape of the photodiode PD2 provided in the second imaging element is further described in the same diagram as in FIG. Since the
또한 도 70은, 태선으로 기재한 1개의 반복단위에 포함되는 트랜지스터로서, 제2 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD2)에서 발생한 전하를 판독하는 동작과 그 반복단위에 구비되는 제2 부유 확산층(FD2)을 리셋하는 동작에 이용하는 8개의 트랜지스터, 즉, 4개의 전송 트랜지스터(TR2trs) 및, 리셋·트랜지스터(TR2rst)와 증폭 트랜지스터(TR2amp)와 선택 트랜지스터(TR2sel) 각 1개의, 위치도 도시하고 있다.In addition, FIG. 70 is a transistor included in one repeating unit described by a Tae-seon, an operation of reading charge generated in the photodiode PD2 provided in the second imaging element, and a second floating diffusion layer provided in the repeating unit ( Eight transistors used for the operation of resetting FD2), that is, four transfer transistors TR2 trs and one reset transistor TR2 rst , amplification transistor TR2 amp and selection transistor TR2 sel , respectively. Also shown.
또한 도 70은, 그 도면에 기재된 16화소분의 포토 다이오드(PD2) 중, 태선으로 기재한 1개의 반복단위에 포함되는 트랜지스터에 접속하여 전하의 판독 동작을 행하는 대상으로 하는 4개의 포토 다이오드(PD2)를, 망붙임으로 도시하였다.In addition, in the photodiode PD2 for 16 pixels described in the figure, four photodiodes PD2 which are connected to transistors included in one repeating unit described by the dashed line and are subjected to an operation for reading electric charges. ) Is shown by netting.
도 63과 도 64와 도 70을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 실시례 12에서는, 도 64와 도 70에 태선으로 기재한 1개의 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여, 도 63에 기재한, (2, 2), (2, 3), (3, 2), (3, 3)의 위치의 화소에 구비되는, 4개의 포토 다이오드(PD2)의 전하를 판독한다.As can be seen with reference to Figs. 63, 64, and 70, in Example 12, the transistors included in one repeating unit shown in Figures 64 and 70 as a dashed line are described in Fig. 63, The charges of the four photodiodes PD2 provided in the pixels at positions (2, 2), (2, 3), (3, 2), and (3, 3) are read.
도 71은, 도 65에 태선으로 기재한 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여, 도 63에 기재한 어느 위치의 화소에 구비되는 4개의 포토 다이오드(PD2)의 전하를 판독하는지를, 도시한 도면이다.FIG. 71 is a diagram showing the charges of the four photodiodes PD2 provided in the pixels at the positions shown in FIG. 63 using the transistor included in the repeating unit shown in FIG. 65 using the repeating unit. .
도 70을 참조하여 설명한 바와 같이, 그 도면에 기재된 태선으로 기재한 반복단위에 포함되는 트랜지스터를 이용하여 판독 동작을 행하는 대상으로 하는 4개의 포토 다이오드(PD2)는, 도 63에 기재된 좌표에서, (2, 2), (2, 3), (3, 2), (3, 3)에 위치하는, 화소 어레이(111)의 로우 방향으로 2화소분, 칼럼 방향으로 2화소분이 되는 합계 2×2화소분의 포토 다이오드(PD2)였다.As described with reference to FIG. 70, the four photodiodes PD2 that are subjected to the read operation using the transistor included in the repeating unit described by the dashed line described in the figure are ( 2, 2), (2, 3), (3, 2), located in (3, 3), the total of 2 pixels in the row direction of the
도 71에서는, 도 70에 기재된 반복단위와 같은 위치가 되는 반복단위에, (2, 2)-(3, 3)로 기재하고, 이 반복단위에 구비되는 트랜지스터를 이용하여 ((2, 2), (2, 3), (3, 2), (3, 3)에 위치하는 2×2화소분의 포토 다이오드(PD2)의 전하를 판독하는 것을 기재하였다. 또한, 도 71에서는, 각각의 반복단위에서, 어느 위치의 화소에 구비되는 포토 다이오드(PD2)의 전하를 판독하는지를 기재하였다. 도 71에 기재된 화소 어레이(111)에 구비되는 각각의 반복단위에서는, (2n+2, 2n+2), (2n+2, 2n+3), (2n+3, 2n+2), (2n+3, 2n+3), (여기서, n=0, 1, 2, …)가 되는 2×2화소분의 포토 다이오드(PD2)의 전하를 판독한다.In FIG. 71, (2, 2)-(3, 3) is described as a repeating unit at the same position as the repeating unit shown in FIG. 70, and a transistor provided in the repeating unit is used as ((2, 2). It was described that the charges of the photodiode PD2 for 2 x 2 pixels located at (2, 3), (3, 2), and (3, 3) were read. It is described in which unit the charge of the photodiode PD2 provided in the pixel is read in. In each repeating unit provided in the
도 61에 기재된 단면도를 참조하여 설명한 바와 같이, 실시례 12의 고체 촬상 장치(100)에서는, 1화소분의 적층형 촬상 소자(101)가, 온 칩·마이크로·렌즈(90)와 제1 내지 제3의 촬상 소자(102 내지 104)를, 각 1개 적층하여 구비하고 있다. 또한, 도 62에 기재된 등가 회로를 참조하여 설명한 바와 같이, 실시례 12의 고체 촬상 장치(100)에서는, 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)가, 1조의 제1의 제어부와 1조의 제2의 제어부를, 공유하는 구성으로 되어 있다. 그리고, 도 62에 기재한 등가 회로상에서 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)를 하나의 반복단위로 하여, 이것을 복수개 2차원형상으로 배열함으로써, 고체 촬상 장치(100)에 구비되는 화소 어레이(111)를 형성하고 있다.As described with reference to the cross-sectional view illustrated in FIG. 61, in the solid-
그러나, 도 66과 도 68과 도 70을 비교하고, 또한, 도 67과 도 69와 도 71을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 실시례 12의 고체 촬상 장치(100)에서, 상기 하나의 반복단위에 구비되는 1조의 제1의 제어부와 1조의 제2의 제어부가 판독하는 대상으로 하는, 4개의 광전변환부(17)와, 4개의 포토 다이오드(PD2)와, 4개의 포토 다이오드(PD3)는, 반드시 같은 4개의 적층형 촬상 소자(101)에 공통되어 포함되는 구성으로는 되어 있지 않다. 예를 들면, 도 66과 도 68과 도 70에 공통되어 기재한 1개의 반복단위에 관해 기술하면, 이 반복단위에 구비되는 1조의 제1의 제어부와 1조의 제2의 제어부가 판독하는 대상으로 하는 포토 다이오드(PD3)는, (1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2)에 위치하는 화소에 구비되는 것이고, 상기 1조의 제1의 제어부와 1조의 제2의 제어부가 판독하는 대상으로 하는 광전변환부(17)는, (1, 2), (1, 3), (2, 2), (2, 3)에 위치하는 화소에 구비되는 것이고, 상기 1조의 제1의 제어부와 1조의 제2의 제어부가 판독하는 대상으로 하는 포토 다이오드(PD2)는, (2, 2), (2, 3), (3, 2), (3, 3)에 위치하는 화소에 구비되는 것이다.However, as can be seen by comparing FIGS. 66, 68, and 70, and also comparing FIGS. 67, 69, and 71, in the solid-
이와 같은 특수한 구성을 이용함으로써 초래되는 작용 효과를, 이하에 설명한다. 복수개의 포토 다이오드(PD3)의 전하의 판독에 이용하는 트랜지스터의 수를 삭감하고, 적층형 촬상 소자(101)와 이것을 이용한 고체 촬상 장치(100)의 고집적화를 도모하기 위해, 상기 판독에 이용하는 제어부를, 복수개의 포토 다이오드(PD3)의 사이에서 공유하려고 하면, 도 66에 기재한 바와 같이, 4개의 포토 다이오드(PD3)에 각 각 접속된 4개의 전송 트랜지스터(TR3trs)를 서로 근접시켜서 배치하고, 이들에 접속하는 제3 부유 확산층(FD3)을 공유하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 광전변환부(17)와 포토 다이오드(PD2)의 전하의 판독에 이용하는 트랜지스터의 수를 삭감하려면, 도 68에 기재한 바와 같이, 4개의 광전변환부(17)의 사이에서, 하나의 제1 전극(11)을 공유하는 구성으로 하는 것이 바람직하고, 또한 또, 4개의 포토 다이오드(PD2)에 각 각 접속된 4개의 전송 트랜지스터(TR2trs)를 서로 근접시켜서 배치하고, 이들에 접속하는 제2 부유 확산층(FD2)을 공유하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.The operational effects caused by using such a special configuration will be described below. In order to reduce the number of transistors used to read the charges of the plurality of photodiodes PD3 and to achieve high integration of the stacked
그러나, 4개의 포토 다이오드(PD3)의 사이에서 하나의 제3 부유 확산층(FD3)을 공유하고, 4개의 광전변환부(17)의 사이에서 하나의 제1 전극(11)을 공유하고, 4개의 포토 다이오드(PD2)의 사이에서 하나의 제2 부유 확산층(FD2)을 공유하고, 또한 또, 상기 4개의 포토 다이오드(PD3)와 4개의 광전변환부(17)와 4개의 포토 다이오드(PD2)를, 각각 같은 4개의 적층형 촬상 소자(101)에 공통되어 구비되는 구성으로 하려면, 상기 1개의 제3 부유 확산층(FD3)과 상기 1개의 제1 전극(11)과 상기 1개의 제2 부유 확산층(FD2)을, 거의 같은 장소에 배치할 필요가 있다. 이들 제3 부유 확산층(FD3)과 제1 전극(11)과 제2 부유 확산층(FD2)을 거의 같은 장소에 배치하려고 하면, 그를 위한 장소를 확보하기 위해, 아무래도 상기 4개의 적층형 촬상 소자(101)를 떼여서 배치하고, 상기 장소를 염출(捻出)할 필요가 있다. 이래서는, 적층형 촬상 소자(101)를 고집적화하고 나아가서는 고체 촬상 장치(100)를 고집적화하는 것이 방해되어 버린다.However, one third floating diffusion layer FD3 is shared among the four photodiodes PD3, one
본 개시의 실시례 12에서는, 상기 고집적화의 장애가 되는 요인을 배제하기 위해, 상기 공유의 대상으로 하는 제3 부유 확산층(FD3)과 제1 전극(11)과 제2 부유 확산층(FD2)을 거의 같은 장소에 배치한 구성을 의도적으로 피하고, 상기 공유의 대상으로 하는 제3 부유 확산층(FD3)과 제1 전극(11)과 제2 부유 확산층(FD2)을 각 각 1화소분씩 이간한 장소에 배치하는 구성으로 하고 있다. 보다 구체적으로는, 제1 전극(11)과 제2 부유 확산층(FD2)은, 제3 부유 확산층(FD3)부터, 화소 어레이(111)에서의 칼럼 방향으로 1화소분 이간(離間)한 장소에 배치하고, 또한, 제2 부유 확산층(FD2)은, 제3 부유 확산층(FD3)과 제1 전극(11)부터, 화소 어레이(111)에서의 로우 방향으로 1화소분 이간한 장소에 배치하고 있다. 이 구성을 이용함에 의해, 이 구성을 구비하지 않은 고체 촬상 장치와 비교하여, 고체 촬상 장치(100)의 고집적화를 도모하기 쉽게 된다, 라는 작용 효과가 생긴다.In Example 12 of the present disclosure, the third floating diffusion layer (FD3), the
도 72는, 도 63과 같은 화소의 위치에서, 각 화소에 구비되는 전하 축적용 전극(12)에 접속하고, 상기 전하 축적용 전극(12)을 구동하기 위한 제어 신호선(VOA)의 배치를 도시하는 도면이다. 보다 구체적으로는, 도 72에서는, 폭을 갖고서 배치된 상기 제어 신호선(VOA)의 중심선을, 태선 실선과 태선 점선으로 도시하고 있다.FIG. 72 shows the arrangement of the control signal line V OA for connecting the
도 61을 참조하여 설명한 바와 같이, 실시례 12에서는, 반도체 기판(70)의 일방의 면(70B)과 광전변환부(17) 사이의 층간 절연층(81) 중에, 신호 배선이나 특정 전압의 공급선으로 이용할 수 있는 도전체의 배선층과 그곳에의 접속 구조를, 적층형 촬상 소자(101)의 적층 방향으로 2조, 적층하여 구비하고 있다. 도 72에, 태선 실선과 태선 점선으로 기재한 2조의 제어 신호선(VOA)은, 상기 반도체 기판(70)의 일방의 면(70B)과 광전변환부(17) 사이에 배치된 2층의 배선층 중의, 각각 1층씩 이용하여 배치하고 있다. 이 때문에, 도 72에 태선 실선과 태선 점선으로 기재한 2조의 제어 신호선(VOA)은 그 중심선을, 도 72 중에 세선 1점쇄선으로 기재한 화소 경계선상에, 겹쳐서 배치할 수 있다. 단, 도 72에서는, 화소 경계선부에 층이 다른 2조의 제어 신호선(VOA)이 배치되어 있는 것을 알기 쉽게 나타내기 위해, 태선 실선과 태선 점선으로 기재한 2조의 제어 신호선(VOA)을 조금 이간하여 기재하고 있다.As described with reference to FIG. 61, in Example 12, in the
또한, 도 72에 태선 실선과 태선 점선으로 기재한 2조의 제어 신호선(VOA)은, 이들을 이간하여 배치하는 것이면, 1층의 배선층과 그곳에의 접속 구조만을 이용하여도 배치하는 것이 가능하다. 도 73에서, 세선 파선으로 둘러싼 영역의 2조의 제어 신호선(VOA)을, 1층의 배선층과 그곳에의 접속 구조만으로 배치한 예를, 도 73에 도시하였다.In addition, the two sets of control signal lines V OA described by solid and solid dashed lines in FIG. 72 can be arranged by using only the wiring layer on the first floor and the connection structure therefor as long as they are arranged apart. In FIG. 73, FIG. 73 shows an example in which two sets of control signal lines (VOA) in an area enclosed by a thin line dashed line are arranged only by a wiring layer on the first floor and a connection structure therein.
도 74는, 도 62에 기재된 구성을 실현하기 위해, 도 63과 같은 화소의 위치에서, 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 배선을 이용하여 도 64에 기재된 각 소자에 접속하는 배선의, 일부를 기재한 도면이다.FIG. 74 is a part of wiring connected to each element shown in FIG. 64 using wiring provided in the stacked
도 74는, 보다 구체적으로는, 도 61에 기재된 복수층의 배선층(62A 내지 62C) 중, 반도체 기판(70)의 일방의 면(70A)에 가장 가까운 1층째의 배선층이 되는 배선층(62A)의 배치를 도시하는 도면이고, 폭을 갖고서 배치되는 배선층(62A)의 중심선을, 태선 실선으로 도시하고 있다. 또한, 배선층(62A)과, 상기 면(70A)의 표면에 형성된 각 트랜지스터나 관통 전극(61) 사이의 접속 구조의 중심점을, 흑색의 점으로 도시하고 있다.Fig. 74 is, more specifically, the
도 75도, 도 62에 기재된 구성을 실현하기 위해, 도 63과 같은 화소의 위치에서, 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 배선을 이용하여 도 64에 기재된 각 소자에 접속하는 배선의, 일부를 기재한 도면이다.To realize the configuration shown in FIGS. 75 and 62, a part of the wiring connected to each element shown in FIG. 64 using the wiring provided in the stacked
도 75는, 보다 구체적으로는, 도 61에 기재된 복수층의 배선층(62A 내지 62C) 중, 반도체 기판(70)의 일방의 면(70A)부터 세여서(數えて) 2층째의 배선층이 되는 배선층(62B)의 배치를, 도 74에 가필하고 도시한 도면이고, 폭을 갖고서 배치된 배선층(62B)의 중심선을, 태선 실선으로 도시하고 있다. 또한, 배선층(62B)과, 상기 면(70A)의 표면에 형성된 각 트랜지스터 사이의 접속 구조의 중심점을, 흑색의 점으로 도시하고 있다.75 is more specifically, among the plurality of
도 76도, 도 62에 기재된 구성을 실현하기 위해, 도 63과 같은 화소의 위치에서, 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 배선을 이용하여 도 64에 기재된 각 소자에 접속하는 배선의, 일부를 기재한 도면이다.In order to realize the configuration shown in FIGS. 76 and 62, a part of the wiring connected to each element shown in FIG. 64 using the wiring provided in the stacked
도 76은, 보다 구체적으로는, 도 61에 기재된 복수층의 배선층(62A 내지 62C) 중, 반도체 기판(70)의 일방의 면(70A)부터 세여서 3층째의 배선층이 되는 배선층(62C)의 배치를 도시한 도면이고, 폭을 갖고서 배치된 배선층(62C)의 중심선을, 태선 실선으로 도시하고 있다. 또한, 배선층(62C)과, 상기 면(70A)의 표면에 형성된 각 트랜지스터 사이의 접속 구조의 중심점을, 흑색의 점으로 도시하고 있다. 또한, 도 76에는, 도 75에 기재한 배선층(62B)의 중심선과 그곳에의 접속 구조의 중심점도, 아울러서 기재하고 있다.76 is more specifically, among the plurality of
도 77 내지 도 80은, 실시례 12의 고체 촬상 장치(100)의 구성의 개요를 도시하는 도면이다.77 to 80 are diagrams showing an outline of the configuration of the solid-
도 77 내지 도 80에 기재된 고체 촬상 장치(100)는, 도 9에 도시한 실시례 1의 고체 촬상 장치(100)와, 이하의 기본적인 구성은 같다. 즉, 체 촬상 장치(100)는,The solid-
(1) 복수개의 적층형 촬상 소자(101)가 2차원 어레이형상으로 배열된 화소 어레이(환언하면 촬상 영역(111))과,(1) A pixel array (in other words, an imaging area 111) in which a plurality of stacked
(2) 상기 화소 어레이(111)에 구비되는 화소를 구동하기 위한 회로로서, 구동 제어 회로(116), 수직 구동 회로(112), 수평 구동 회로(114)와,(2) As a circuit for driving a pixel provided in the
(3) 화소를 구동하기 위한 회로로부터, 각 화소에, 화소를 구동하는 신호를 보내기 위한 화소 구동 신호선(119)과,(3) From a circuit for driving a pixel, a pixel driving signal line 119 for sending a signal for driving a pixel to each pixel,
(4) 각 화소로부터 판독 신호를, 칼럼 신호 처리 회로(113)에 보내기 위한 데이터 출력선(117)(VSL)과,(4) a data output line 117 (VSL) for sending a read signal from each pixel to the column
(5) 상기 화소 어레이(111)에 구비되는 화소로부터 판독 신호에 처리를 가하여 출력하기 위한, 칼럼 신호 처리 회로(113), 출력 회로(115)를(5) A column
구비한다.Be equipped.
도 77 내지 도 80에서는, 실선으로 기재한 화소 구동 신호선(119)이, 화소 어레이(111)의 로우 방향으로 복수 화소에 걸쳐서 연재되고, 점선으로 기재한 데이터 출력선(117)이, 화소 어레이(111)의 칼럼 방향으로 복수 화소에 걸쳐서 연재되어 있다. 화소 구동 신호선(119)은 화소를 구동하는 신호를 보내기 위한 복수개의 신호선이다. 화소 구동 신호선(119)은, 도 62에 기재된, 제어 신호선(VOA), 전송 트랜지스터(TR2rst, TR3trs)의 게이트 전극에 접속된 신호선(TTR2, TTR3), 리셋·트랜지스터(TR1rst, TR2rst, TR3rst)의 게이트 전극에 접속된 신호선(TTRST1, TTRST2, TTRST3), 선택 트랜지스터(TR1sel, TR2sel, TR3sel) 게이트 전극에 접속된 신호선(TTRSEL1, TTRSEL2, TTRSEL3)을 포함한다. 또한, 도 78 내지 도 80에서는, 상기 화소 구동 신호선(119)로부터 분기되어, 화소 어레이(111)에서의 각 화소를 구성하고 있는 각 적층형 촬상 소자(101)로 접속되는 화소 구동 신호선(119)의 분기선이, 실선으로 기재해 있다. 마찬가지로, 일방이 각 적층형 촬상 소자(101)에 접속되고, 타방이 데이터 출력선(117)에 접속되는 데이터 접속선(117)의 분기선이, 점선으로 기재하여 있다. 이들 화소 구동 신호선(119)의 분기선과 데이터 접속선(117)의 분기선은, 도 62를 참조하여 설명한, 제1 및 제2의 제어부로부터, 각 광전변환부(17), 포토 다이오드(PD2), 포토 다이오드(PD3)에 접속되는 배선을 도시하고 있다. 또한, 도 62를 참조하여 설명한 바와 같이, 실시례 12의 고체 촬상 장치(100)에 구비되는 적층형 촬상 소자(101)는, 제1 및 제2의 제어부를, 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)의 사이에서 공유하는 구성으로 되어 있다. 그러나, 도 78 내지 도 80에서는, 간단함을 위해, 이들 제어부의 기재를 할애하고 있다.77 to 80, the pixel drive signal line 119 described by a solid line extends across a plurality of pixels in the row direction of the
도 77 내지 도 80에서, 화소를 구동하는 회로로부터 각 제어부에 접속하는 화소 구동 신호선(119)은 각각 복수개 있지만, 표기를 간략하게 하기 위해, 이들은 정리하여 버스 표기로 하였다. 이 버스 표기된 1조의 화소 구동 신호선(119)은, 화소 어레이(111)의 로우 방향의 2화소당 1조씩 배치되어 있다. 마찬가지로, 도 77 내지 도 80에서, 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)의 사이에서 공유된 각 제어부로부터 칼럼 신호 처리 회로(113)에 접속하는 데이터 출력선(117)도 각 각 복수개 있기 때문에, 이들은 정리하여 버스 표기로 하였다. 이 버스 표기된 1조의 데이터 출력선(117)은, 화소 어레이(111)의 칼럼 방향의 2화소당 1조씩 배치되어 있다. 또한, 도 77 내지 도 80에서는, 화소 어레이에서의 각 화소의 로우 방향과 칼럼 방향의 화소의 위치(좌표)를 (X, Y)라는 서식으로 표시하였다.77 to 80, there are a plurality of pixel drive signal lines 119 connected to each control unit from the circuit driving the pixels, but for simplicity, these are collectively referred to as bus notation. One set of pixel driving signal lines 119 marked on the bus is arranged one set per two pixels in the row direction of the
도 78은, 도 66과 도 67을 참조하여 설명한 바와 같이, 도 66에 태선 실선으로 도시한 반복단위에 구비되는 제어부를 이용하여, (1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2)의 위치의 화소에 구비되는, 4개의 포토 다이오드(PD3)의 전하를 판독하는 상황을, 고체 촬상 장치(100)의 구성 개요도상(槪要圖上)에서 도시한 것이다. 보다 구체적으로는, 도 78에 기재된 화소 구동 신호선(119-1)을 이용하여 제어부에 구동 신호를 보내, (1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2)의 위치의 화소에 구비되는, 4개의 포토 다이오드(PD3)의 전하를 판독하고, 판독 신호를 데이터 출력선(VSL1 17-1)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(113)에 보내는 상황을 도시하고 있다.As shown with reference to FIGS. 66 and 67, FIG. 78 uses (1, 1), (1, 2), (2, 1) using the control unit provided in the repeating unit shown in solid line in FIG. ), The situation in which the charges of the four photodiodes PD3 provided in the pixels at positions (2, 2) are read are shown in the schematic diagram of the configuration of the solid-
도 79는, 도 68과 도 69를 참조하여 설명한 바와 같이, 도 68에 태선 실선으로 도시한 반복단위에 구비되는 제어부를 이용하여, (1, 2), (1, 3), (2, 2), (2, 3)의 위치의 화소에 구비되는, 4개의 광전변환부(17)의 전하를 판독하는 상황을, 고체 촬상 장치(100)의 구성 개요도상에서 도시한 것이다. 보다 구체적으로는, 도 79에 기재된 화소 구동 신호선(119-1)을 이용하여 제어부에 구동 신호를 보내고, (1, 2), (1, 3), (2, 2), (2, 3)의 위치의 화소에 구비되는, 4개의 광전변환부(17)의 전하를 판독하고, 판독한 신호를 데이터 출력선(VSL117-1)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(113)에 보내는 상황을 도시하고 있다.79, (1, 2), (1, 3), (2, 2) using the control unit provided in the repeating unit shown by the solid line in FIG. 68 as described with reference to FIGS. 68 and 69; ), The situation in which the charges of the four
도 80은, 도 70과 도 71을 참조하여 설명한 바와 같이, 도 70에 태선 실선으로 도시한 반복단위에 구비되는 제어부를 이용하여, (2, 2), (2, 3), (3, 2), (3, 3)의 위치의 화소에 구비되는, 4개의 포토 다이오드(PD2)의 전하를 판독하는 상황을, 고체 촬상 장치(100)의 구성 개요도상에서 도시한 것이다. 보다 구체적으로는, 도 80에 기재된 화소 구동 신호선(119-1)을 이용하여 제어부에 구동 신호를 보내, (2, 2), (2, 3), (3, 2), (3, 3)의 위치의 화소에 구비되는, 4개의 포토 다이오드(PD2)의 전하를 판독하고, 판독 신호를 데이터 출력선(VSL117-1)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(113)에 보내는 상황을 도시하고 있다.80, as described with reference to FIGS. 70 and 71, (2, 2), (2, 3), (3, 2) using the control unit provided in the repeating unit shown by the solid line in FIG. ), The situation in which the charges of the four photodiodes PD2 provided in the pixels at positions (3, 3) are read are shown on the schematic diagram of the configuration of the solid-
<제1의 촬상 소자와, 제2 및 제3의 촬상 소자의 관계><The relationship between the first imaging element and the second and third imaging elements>
예를 들면, 도 61을 참조하여 단면 구조를, 도 68과 도 66과 도 70, 및, 도 72와 도 75를 참조하여 평면 구조를 설명한 바와 같이, 본 개시의 고체 촬상 장치(100)는, 제1의 촬상 소자와, 제2 및 제3의 촬상 소자의 사이에서, 구조가 크게 다르다. 본 개시의 적층형 촬상 소자(101)는, 구조가 크게 다른, 제1의 촬상 소자와, 제2 및 제3의 촬상 소자를 적층하기 위해, 특유한 구성을 구비하고 있다.For example, the solid-
도 81은, 도 75를 재게(再揭)하고, 또한, 그 도면에서 태선 실선으로 도시한 제어 배선 중, 제어부를 공유하는 4화소분의 적층형 촬상 소자(101)를 구동하기 위해 필요한 제어 배선만을 태선 실선으로 남기고, 나머지 제어 배선은 태선 점선으로 기재한 것이다. 또한, 도 81에서는, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심도 기재하였다.Fig. 81 shows only the control wiring necessary to drive the four-pixel stacked
본 개시의 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 제2 및 제3의 촬상 소자는, 그 촬상 소자에 구비되는 광전변환 수단인 포토 다이오드(PD2와 PD3)를 반도체 기판(70) 내에 형성하고, 또한, 반도체 기판(70)이 구비하는 2개의 표면 중의, 상기 포토 다이오드에의 광의 입사면과는 반대측이 되는 면에, 그 소자를 구동하는 트랜지스터와 구동 배선을 배치한, 이른바 이면 조사형의 촬상 소자로 되어 있다. 구동 배선을 광의 입사면과는 반대측에 배치하고 있기 때문에, 화소 내의 어느 영역에 배선을 배치하여도, 이것이 제2 및 제3의 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD2 및 PD3)에의 광의 입사를 방해하는 일이 없다. 이 때문에, 본 개시의 적층형 촬상 소자(101)는, 제2 및 제3의 촬상 소자를 구동하기 위한 제어 배선을, 도 81에 기재한 바와 같이, 화소 영역 전역에 걸쳐서 다수 배치하는 것이 가능해지고 있다. (또한, 도 81에서는, 화소 경계선의 위에 제어 배선이 중첩하여 기재하고 있기 때문에, 화소 경계선을 인식하기 어렵게 되어 있다. 화소 경계선의 위치는, 도 63을 참조하기 바란다.)The second and third imaging elements provided in the stacked-
도 82는, 도 72를 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심과, 그 도면에 기재된 제1의 촬상 소자에 구비되는 전하 축적용 전극(12)을 구동하는 배선(VOA) 사이의 거리(d1)를 도면 중에 가필한 것이다. 도 72를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 개시의 고체 촬상 장치(100)에서, 제1의 촬상 소자에 구비되는 전하 축적용 전극(12)을 구동하는 배선(VOA)은, 도 82중에 세선 1점쇄선으로 기재한 화소 경계선상에 배치할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심을 화소의 중심에 배치하는 경우, 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심과 전하 축적용 전극(12)의 구동 배선(VOA) 사이의 거리(d1)는, 화소의 중심부터 화소의 경계까지의 거리가 된다.FIG. 82 drives FIG. 72, further driving the center of the on-
본 개시의 적층형 촬상 소자(101)에 구비되는 제1의 촬상 소자도, 그 촬상 소자에 구비되는 광전변환 수단(즉 광전변환부(17))이 구비하는 2개의 표면 중의, 상기 광전변환 수단에의 광의 입사면과는 반대측이 되는 면에, 그 소자를 구동하는 트랜지스터와 구동 배선을 배치한, 이른바 이면 조사형의 촬상 소자로 되어 있다.The first imaging element provided in the stacked-
그러나, 본 개시의 적층형 촬상 소자(101)는, 제1의 촬상 소자와, 제2 및 제3의 촬상 소자를 적층하는 구조로 되어 있다. 이 때문에, 도 82에 기재한, 제1의 촬상 소자에 구비되는 전하 축적용 전극(12)을 구동하는 배선(VOA)을 부주의하게 배치하면, 이것이, 제1의 촬상 소자의 하방에 배치한 제2 및 제3의 촬상 소자에의 광의 입사의 장애가 되어 버린다.However, the stacked
이 때문에, 본 개시의 적층형 촬상 소자(101)는, 제1의 촬상 소자에 구비되는 전하 축적용 전극(12)을 구동하는 배선(VOA)이, 제1의 촬상 소자의 하방에 배치한 제2 및 제3의 촬상 소자에의 광의 입사의 장애로 되지 않도록, 배선(VOA)을 가능한 한 화소의 중심으로부터 멀게 하여, 환언하면, 가능한 한 화소 경계선에 근접하여 배치하고 있다. 보다 바람직하게는, 도 72를 참조하여 설명한 바와 같이, 배선(VOA)의 중심선을 화소 경계선상에 배치하고 있다. 환언하면, 도 82에 기재한, 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심과 전하 축적용 전극(12)의 구동 배선(VOA) 사이의 거리(d1)는, 도 81에 기재한, 구동 배선(VOA) 이외의 구동 배선과 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심 사이의 거리보다도, 크게 하고 있다.For this reason, in the stacked
예를 들면, 도 81에 기재한, 제2의 촬상 소자에 구비되는 4개의 전송 트랜지스터(TR2trs)를 구동하는 4개의 구동 배선(TG2-1 내지 TG2-4)과 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심 사이의 거리, 및, 제3의 촬상 소자에 구비되는 4개의 전송 트랜지스터(TR3trs)를 구동한 4개의 구동 배선(TG3-1 내지 TG3-4)과 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심 사이의 거리, 보다도, 도 82에 기재한, 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심과 전하 축적용 전극(12)의 구동 배선(VOA) 사이의 거리(d1)를 크게 하고 있다. 이에 의해, 이 구성을 구비하지 않은 고체 촬상 장치와 비교하여, 제2 및 제3의 촬상 소자에의 광의 입사가 방해되지 않는다, 라는 작용 효과가 생긴다.For example, one, four transfer transistor (TR2 trs) four drive wires (TG2-1 to TG2-4) and on-chip micro-lenses, which drives the image pickup device which is provided on the second substrate in FIG. 81 ( 90) away, and the four transfer transistor (TR3 trs), the four drive the drive wires (TG3-1 to TG3-4) and on-chip micro-lenses, provided in the image pickup device of the third between the center of the ( The distance (d1) between the center of the on-chip micro-lens (90) shown in Fig. 82 and the drive wiring (VOA) of the charge accumulation electrode (12) is increased. have. As a result, an action effect is generated that the incidence of light into the second and third imaging elements is not hindered, as compared with a solid-state imaging device without this configuration.
도 83은, 도 68을 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심과, 그 도면에 기재된 제1의 촬상 소자에 구비되는 전하 축적용 전극(12)에 내접하는 최대의 원의 중심 사이의 거리(d2)를 도면 중에 가필한 것이다.FIG. 83 shows the center of the on-
여기서, 「대상이 되는 도형에 내접하는 최대의 원의 중심」은, 도형의 형상이 예를 들면 정방형인 경우에는, 이 4변에 내접하는 원의 중심을 의미한다. 한편, 도형의 형상이 예를 들면 장방형인 경우에는, 이 3변에 내접하는 원이 최대가 되는데, 이 최대의 원을 배치할 수 있는 장소가 1점으로 되지 않고, 선분형상이 된다. 이와 같이, 「대상이 되는 도형에 내접하는 최대의 원」을 배치할 수 있는 장소가 1점으로 한정되지 않는 경우는, 상기 배치할 수 있는 장소의 중심을, 「대상이 되는 도형에 내접하는 최대의 원의 중심의 위치」로 정한다. 예를 들면, 대상이 되는 도형이 장방형인 경우에는, 상기 장방형의 3변에 내접하는 원을 배치할 수 있는 선분의, 중점을, 「대상이 되는 도형에 내접하는 최대의 원의 중심의 위치」로 정한다.Here, "the center of the largest circle inscribed in the target figure" means the center of the circle inscribed in these four sides when the shape of the figure is, for example, a square. On the other hand, when the shape of the figure is, for example, a rectangle, the circle inscribed on these three sides becomes the maximum, but the place where the maximum circle can be arranged is not one point, but becomes a line segment shape. Thus, if the place where the "maximum circle inscribed in the target figure" can be placed is not limited to one point, the center of the place where the place can be placed is "maximum inscribed in the target figure." The position of the center of the circle ”. For example, when the target figure is a rectangle, the center point of the line segment that can arrange the circle inscribed on the three sides of the rectangle is "the position of the center of the largest circle inscribed in the target figure" Determined by.
도 84는, 도 70을 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심과, 그 도면에 기재된 제2의 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD2)에 내접하는 최대의 원의 중심 사이의 거리(d3)를 도면 중에 가필한 것이다.FIG. 84 is the maximum inscribed in FIG. 70 and further inscribed in the center of the on-
도 85는, 도 66을 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심과, 그 도면에 기재된 제3의 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD3)에 내접하는 최대의 원의 중심 사이의 거리(d4)를 도면 중에 가필한 것이다.FIG. 85 is the maximum inscribed in FIG. 66, and further inscribes the center of the on-
도 86은, 도 68을 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심과, 그 도면에 기재된 제1의 촬상 소자에 구비되는 제1 전극(11)에 내접하는 최대의 원의 중심 사이의 거리(d2)를 도면 중에 가필한 것이다.FIG. 86 is to measure FIG. 68, and to inscribe the center of the on-
도 87은, 도 68을 재게하고, 또한, 그 도면에 기재된 제1 전극(11)과 전하 축적용 전극(12)을 삭제하는 한편, 그 도면에 기재된 관통 전극(61)에 내접하는 최대의 원의 중심과, 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심을 가필하고, 또한, 상기 관통 전극(61)에 내접하는 최대의 원의 중심과, 상기 온 칩·마이크로·렌즈(90)의 중심 사이의 거리(d3)를 도면 중에 가필한 것이다.FIG. 87 shows the largest circle inscribed in FIG. 68, and further deletes the
본 개시의 적층형 촬상 소자(101)는, 제1의 촬상 소자와, 제2 및 제3의 촬상 소자를 적층하는 구조로 되어 있다. 한편, 도 87에 기재한 관통 전극(61)은, 도 61에 기재한 바와 같이, 실리콘 기판(70)을 관통하여 형성된 전극이다. 이 때문에, 적층형 촬상 소자(101)의 제2 및 제3의 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD2 및 PD3)는, 상기 관통 전극(61)을 피하여 배치할 필요가 있다. 이 때문에, 도 87에 기재한, 관통 전극(61)을 부주의하게 배치하면, 제2 및 제3의 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD2 및 PD3)는, 이것을 피하여 배치할 필요가 있기 때문에, 포토 다이오드(PD2 및 PD3)가 광을 받는 면적이 작게 되어 버린다.The stacked
이 때문에, 본 개시의 적층형 촬상 소자(101)는, 관통 전극(61)과, 관통 전극에 접속하는 전극이고 그것이 때문에 관통 전극(61)을 배치한 장소를 결정하는 요인으로 되어 있는 제1 전극(11)을, 제1의 촬상 소자의 하방에 배치한 제2 및 제3의 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD2 및 PD3)의 배치의 장애가 되지 않도록, 관통 전극(61)과 제1 전극(11)을 가능한 한 화소의 중심으로부터 멀게 하여 배치하고 있다.For this reason, the stacked-
보다 바람직하게는, 도 83 내지 도 87에 기재한 바와 같이,More preferably, as described in FIGS. 83 to 87,
(1) 전하 축적용 전극(12)의 내접원 중심과, 온 칩·마이크로·렌즈(90) 중심 사이의 거리(d2)와,(1) The distance d2 between the center of the inscribed circle of the
(2) 포토 다이오드(PD2)의 내접원 중심과, 온 칩·마이크로·렌즈(90) 중심 사이의 거리(d3)와,(2) the distance (d3) between the center of the inscribed circle of the photodiode PD2 and the center of the on-
(3) 포토 다이오드(PD3)의 내접원 중심과, 온 칩·마이크로·렌즈(90) 중심 사이의 거리(d4)보다도,(3) than the distance (d4) between the center of the inscribed circle of the photodiode PD3 and the center of the on-
(4) 관통 전극(61)과, 온 칩·마이크로·렌즈(90) 중심 사이의 거리(d6) 및,(4) The distance d6 between the through
(5) 제1 전극(11)의 내접원 중심과, 온 칩·마이크로·렌즈(90) 중심 사이의 거리(d5)를,(5) The distance d5 between the center of the inscribed circle of the
크게 하고 있다. 이에 의해, 이 구성을 구비하지 않은 고체 촬상 장치와 비교하여, 포토 다이오드(PD2 및 PD3)의 배치가 방해되지 않는다, 라는 작용 효과가 생긴다.I am enlarging it. Thereby, the effect of the arrangement | positioning of the photodiode PD2 and PD3 is not disturbed compared with the solid-state imaging device which does not have this structure is produced.
도 88은, 도 68을 재게하고, 제1의 촬상 소자에 구비되는 관통 전극(61)과 제1 부유 확산층(FD1) 이외의 부호를 삭제한 것이다.FIG. 88 is a diagram in which FIG. 68 is removed and codes other than the through
도 89는, 도 70을 재게하고, 제2의 촬상 소자에 구비되는 제2 부유 확산층(FD2) 이외의 부호를 삭제한 것이다.FIG. 89 is a diagram in which FIG. 70 is removed and codes other than the second floating diffusion layer FD2 provided in the second imaging element are deleted.
도 90은, 도 66을 재게하고, 제3의 촬상 소자에 구비되는 제3 부유 확산층(FD3) 이외의 부호를 삭제한 것이다.FIG. 90 is a diagram in which FIG. 66 is removed and codes other than the third floating diffusion layer FD3 provided in the third imaging element are deleted.
도 91은, 도 68을 재게하고, 제1의 촬상 소자에 구비되는 전하 축적용 전극(12)과, 도 88 내지 도 91에 기재된 관통 전극(61), 제1 부유 확산층(FD1), 제2 부유 확산층(FD2), 제3 부유 확산층(FD3)의 위치 관계를 도시하는 도면이다.FIG. 91 shows the measurements shown in FIG. 68, the
본 개시의 적층형 촬상 소자(101)는, 제1의 촬상 소자와, 제2 및 제3의 촬상 소자를 적층하는 구조로 되어 있다. 한편, 제1의 촬상 소자에 구비되는 전하 축적용 전극(12)과 제2의 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD2)와 제3의 촬상 소자에 구비되는 포토 다이오드(PD3)는, 도 88 내지 도 91에 기재된 관통 전극(61)과 제2 부유 확산층(FD2)과 제3 부유 확산층(FD3)을 피하여 배치할 필요가 있다. 이 때문에, 후자(즉 관통 전극(61)과 제2 부유 확산층(FD2)과 제3 부유 확산층(FD3))을 부주의하게 배치하면, 전자(즉 전하 축적용 전극(12)과 포토 다이오드(PD2)와 포토 다이오드(PD3))는, 후자를 피하고 배치할 필요가 있기 때문에, 전자가 광을 받는 면적이 작게 되어 버린다.The stacked
이 때문에, 본 개시의 적층형 촬상 소자(101)는, 전술한 후자(즉 관통 전극(61)과 제2 부유 확산층(FD2)과 제3 부유 확산층(FD3))이, 전술한 전자(즉 전하 축적용 전극(12)과 포토 다이오드(PD2)와 포토 다이오드(PD3))의 배치의 장애가 되지 않도록, 전술한 후자를 가능한 한 화소의 중심으로부터 멀게 하여, 환언하면, 가능한 한 화소 경계선에 접근하여, 배치하고 있다.For this reason, in the stacked-
보다 바람직하게는, 도 91에 기재한 바와 같이,More preferably, as described in FIG. 91,
(1) 관통 전극(61)에 내접하는 최대의 원의 중심과,(1) the center of the largest circle inscribed to the through
(2) 관통 전극에 접속하는 전극으로서 그것 때문에 관통 전극(61)을 배치하는 장소를 결정하는 요인으로 되어 있는 제1 전극(11) 관통 전극에, 내접하는 최대의 원의 중심과,(2) As the electrode connected to the through electrode, the center of the largest circle inscribed to the through electrode of the
(3) 제2 부유 확산층(FD2)에 내접하는 최대의 원의 중심과,(3) the center of the largest circle inscribed in the second floating diffusion layer (FD2),
(4) 제3 부유 확산층(FD3)에 내접하는 최대의 원의 중심을,(4) the center of the largest circle inscribed in the third floating diffusion layer (FD3),
제1의 촬상 장치에 구비되는 전하 축적용 전극(12)에 내접하는 최대의 원의 중심보다도, 외측에 배치하고 있다.It is arranged outside the center of the largest circle inscribed in the
보다 바람직하게는, 상기 (1) 내지 (4)를, 제1의 촬상 장치에 구비되는 전하 축적용 전극(12)의 외형선보다도, 외측에 배치하고 있다.More preferably, the above (1) to (4) are arranged outside the outline of the
보다 바람직하게는, 상기 (1) 내지 (4)를, 제1의 촬상 장치에 구비되는 전하 축적용 전극(12)의 외접원보다도, 외측에 배치하고 있다.More preferably, (1) to (4) are arranged outside the circumscribed circle of the
또는 또한, 상기 (1) 내지 (4)를, 제3의 촬상 장치에 구비되는 포토 다이오드(PD3)에 내접하는 최대의 원보다도, 외측에 배치하고 있다.Alternatively, the above (1) to (4) are arranged outside the largest circle inscribed to the photodiode PD3 provided in the third imaging device.
또는 또한, 상기 (1) 내지 (4)를, 제3의 촬상 장치에 구비되는 포토 다이오드(PD3)의 외형선보다도, 외측에 배치하고 있다.Alternatively, the above (1) to (4) are arranged outside the outline of the photodiode PD3 provided in the third imaging device.
또는 또한, 상기 (1) 내지 (4)를, 제3의 촬상 장치에 구비되는 포토 다이오드(PD2)에 내접하는 최대의 원보다도, 외측에 배치하고 있다.Alternatively, the above (1) to (4) are arranged outside the largest circle inscribed to the photodiode PD2 provided in the third imaging device.
또는 또한, 상기 (1) 내지 (4)를, 제3의 촬상 장치에 구비되는 포토 다이오드(PD2)의 외형선보다도, 외측에 배치하고 있다.Alternatively, the above (1) to (4) are arranged outside the outline of the photodiode PD2 provided in the third imaging device.
도 92는, 도 68을 재게하고, 제어부를 구성하는 트랜지스터의 반복 배치 단위를 도시하는 테두리선을 제거함과 함께, 제1 전극(11)과 전하 축적용 전극(12) 사이의 최소가 되는 거리(d7)를 가필한 것이다.FIG. 92 shows the minimum distance between the
도 93은, 도 64를 재게하고, 제어부를 구성하는 트랜지스터의 반복 배치 단위를 도시하는 테두리선을 제거한 것이다.FIG. 93 removes the border lines showing the repeating arrangement units of the transistors constituting FIG. 64 and forming the control unit.
도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 개시의 실시례의 제1의 촬상 소자에 구비되는 광전변환부(17)에서는, 전하 축적용 전극에 전하 축적용이 되는 제1의 전압을 인가함으로써, 광전변환층(17)에서 발생한 전하를 하층 반도체층(15A)에 축적하고, 또한, 전하 축적용 전극에 전하 전송용(환언하면, 전하 판독용)이 되는 제2의 전압을 인가함으로써, 하층 반도체층(15A)에 축적한 전하를 제1 전극(11)으로 전송하여 판독하고 있다. 이 경우, 하층 반도체층(15A)과 전하 축적용 전극(12)과 제1 전극(11)은, 각 각 MOS트랜지스터에상호 채널과 게이트 전극과 드레인 전극과 유사한 기능을 다하고 있다. 그러나, MOS트랜지스터는, 소스 및 드레인 영역과 채널 영역 사이에서 도전형이 다르고(예를 들면 NMOS의인경우, 소스 및 드레인 영역은 N형, 채널 영역은 P형), 이에 기인하여, 2개의 영역의 사이에는 전위 장벽이 생긴다. 이 전위 장벽에 의해, 트랜지스터를 오프 시킨 때에는, 소스 영역부터 드레인 영역으로의 캐리어의 이동(환언하면, 리크 전류)이 억제된다. 이에 대해, 제1의 촬상 소자에 구비되는 광전변환부(17)인 경우, 하층 반도체층(15A) 내에 상기 채널 영역과 드레인 영역과 같은 전위 장벽이 없다. 이 때문에, 제1의 촬상 소자에 구비되는 광전변환부(17)에서의 리크 전류를 억제하기 위해서는, 전하를 축적시키는 전하 축적 전극(12)과 전하의 전송처가 되는 제1 전극(11) 사이의 거리를, 어느 정도 이간시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 전하를 축적시키는 전하 축적 전극(12)과 전하의 전송처가 되는 제1 전극(11) 사이의 거리를, 통상의 MOS 트랜지스터에서의 최소의 게이트 길이보다도, 크게 하는 것이 바람직하다. 또는, 전하를 축적시키는 전하 축적 전극(12)과 전하의 전송처가 되는 된 제1 전극(11) 사이의 거리를, 적층형 촬상 소자(101)의 반도체 기판(70)의 일방의 면(70A)에 형성한 MOS 트랜지스터에 구비되는 최소의 L(길이)보다도, 크게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 구비함에 의해, 이와 같은 구성을 구비하지 않은 고체 촬상 장치(100)와 비교하여, 하층 반도체층(15A)에 포함되는 영역으로서 전하 축적 전극(12)의 상방에 배치한 영역부터, 하층 반도체층(15A)에 포함되는 영역으로서 제1 전극(11)의 상방에 배치한 영역으로 흐르는 리크 전류를 저감할 수 있다, 라는 작용 효과가 생긴다.As described with reference to FIG. 6, in the
<실시례 12의 변형례><Modified Example 12>
도 81 내지 도 93을 인용하여 설명한 각각의 관계는, 도 62 내지 도 80에 기재한, 화소 공유 구조를 구비한 고체 촬상 장치(100)뿐만 아니라, 화소 공유 구조를 구비하지 않는, 이른바 단화소(單畵素) 구조의 적층형 촬상 소자(101)를 화소 어레이형상으로 배열한 고체 촬상 장치(100)에서도 성립된다.Each relationship described with reference to FIGS. 81 to 93 is not only a solid-
단화소 구조에 관해, 도 62와 같은 도면을 도 94에, 도 66과 같은 도면을 도 95에, 도 70과 같은 도면을 도 96에, 도 68과 같은 도면을 도 97에, 도 74와 같은 도면을 도 98에, 도 75와 같은 도면을 도 99에, 도 76과 같은 도면을 도 100에, 도 82와 같은 도면을 도 101에, 도 85와 같은 도면을 도 102에, 도 84와 같은 도면을 도 103에, 도 83과 같은 도면을 도 104에, 도 91과 같은 도면을 도 105에, 도 92와 같은 도면을 도 106에, 도 93과 같은 도면을 도 107에 도시하였다.Regarding the single-pixel structure, a view like FIG. 62 is shown in FIG. 94, a view like FIG. 66 is shown in FIG. 95, a view like FIG. 70 is shown in FIG. 96, a view like FIG. 68 is shown in FIG. 97, and a view like FIG. Figure 98, Figure 75, Figure 99, Figure 76, Figure 100, Figure 82, Figure 101, Figure 85, Figure 102, Figure 84, and Figure 84 FIG. 103 is shown in FIG. 103, FIG. 83 is shown in FIG. 104, FIG. 91 is shown in FIG. 105, FIG. 92 is shown in FIG. 106, and FIG. 93 is shown in FIG. 107.
도 81 내지 도 93을 인용하여 설명한 각각의 관계는, 도 94 내지 도 107에 기재한, 이른바 단화소 구조의 적층형 촬상 소자(101)를 화소 어레이형상으로 배열한 고체 촬상 장치(100)에서도 성립된다. 상기한 관계가 도 94 내지 도 107에서도 성립되는 양상은, 도 81 내지 도 93을 인용하여서의 설명과 마찬가지이기 때문에, 재차의 설명은 할애한다.Each relationship described with reference to Figs. 81 to 93 is also established in the solid-
이상, 본 개시를 바람직한 실시례에 의거하여 설명하였지만, 본 개시는 이들의 실시례로 한정되는 것이 아니다. 실시례에서 설명한 촬상 소자, 적층형 촬상 소자, 고체 촬상 장치의 구조나 구성, 제조 조건, 제조 방법, 사용한 재료는 예시이고, 적절히 변경할 수 있다. 실시례 1의 촬상 소자와 실시례 2의 촬상 소자와 실시례 3의 촬상 소자와 실시례 4의 촬상 소자와 실시례 5의 촬상 소자를 임의로 조합시킬 수 있고, 실시례 1의 촬상 소자와 실시례 2의 촬상 소자와 실시례 3의 촬상 소자와 실시례 4의 촬상 소자와 실시례 6의 촬상 소자를 임의로 조합시킬 수 있다.As described above, the present disclosure has been described based on preferred embodiments, but the present disclosure is not limited to these embodiments. The structure and configuration of the imaging element, stacked imaging element, and solid-state imaging device described in the examples, manufacturing conditions, manufacturing methods, and materials used are examples, and can be appropriately changed. The imaging element of Example 1, the imaging element of Example 2, the imaging element of Example 3, the imaging element of Example 4, and the imaging element of Example 5 can be arbitrarily combined, and the imaging element of Example 1 and the Example The imaging element of 2, the imaging element of Example 3, the imaging element of Example 4, and the imaging element of Example 6 can be arbitrarily combined.
경우에 따라서는, 부유 확산층(FD1, FD2, FD3, 51C, 45C, 46C)를 공유화할 수도 있다.In some cases, floating diffusion layers (FD 1 , FD 2 , FD 3 , 51C, 45C, 46C) may be shared.
도 48에, 예를 들면, 실시례 1에서 설명한 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 변형례를 도시하는 바와 같이, 제1 전극(11)은, 절연층(82)에 마련된 개구부(84A) 내를 연재되고, 광전변환층(15)과 접속되어 있는 구성으로 할 수도 있다.In Fig. 48, for example, as shown in the modified example of the imaging element and the laminated imaging element described in Example 1, the
또는 또한, 도 49에, 예를 들면, 실시례 1에서 설명한 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 변형례를 도시하고, 도 50A에 제1 전극의 부분 등이 확대된 모식적인 일부 단면도를 도시하는 바와 같이, 제1 전극(11)의 정상면의 연부는 절연층(82)으로 덮여 있고, 개구부(84B)의 저면에는 제1 전극(11)이 노출하여 있고, 제1 전극(11)의 정상면과 접하는 절연층(82)의 면을 제1면(82a), 전하 축적용 전극(12)과 대향하는 광전변환층(15)의 부분과 접하는 절연층(82)의 면을 제2면(82b)로 하였을 때, 개구부(84B)의 측면은, 제1면(82a)부터 제2면(82b)을 향하여 넓어지는 경사를 갖는다. 이와 같이, 개구부(84B)의 측면에 경사를 붙임으로써, 광전변환층(15)부터 제1 전극(11)으로의 전하의 이동이 보다 원활하게 된다. 또한, 도 50A에 도시한 예에서는, 개구부(84B)의 축선을 중심으로 하여, 개구부(84B)의 측면은 회전 대칭이지만, 도 50B에 도시하는 바와 같이, 제1면(82a)로부터 제2면(82b)을 향하여 넓어지는 경사를 갖는 개구부(84C)의 측면이 전하 축적용 전극(12)측에 위치하도록, 개구부(84C)를 마련하여도 좋다. 이에 의해, 개구부(84C)를 끼우고 전하 축적용 전극(12)과는 반대측의 광전변환층(15)의 부분부터의 전하의 이동이 행하여지기 어렵다 된다. 또한, 개구부(84B)의 측면은, 제1면(82a)부터 제2면(82b)을 향하여 넓어지는 경사를 갖지만, 제2면(82b)에서의 개구부(84B)의 측면의 연부는, 도 50A에 도시한 바와 같이, 제1 전극(11)의 연부보다도 외측에 위치하여도 좋고, 도 50C에 도시하는 바와 같이, 제1 전극(11)의 연부보다도 내측에 위치하여도 좋다. 전자의 구성을 채용함으로써, 전하의 전송이 한층 용이해지고, 후자의 구성을 채용함으로써, 개구부의 형성시의 형상 편차를 작게 할 수 있다.Or, as shown in Fig. 49, for example, a modified example of the imaging element and the stacked imaging element described in Example 1, and a partial cross-sectional view schematically showing an enlarged portion of the first electrode and the like in Fig. 50A. , The edge portion of the top surface of the
이들의 개구부(84B, 84C)는, 절연층에 개구부를 에칭법에 의거하여 형성할 때에 형성하는 레지스트 재료로 이루어지는 에칭용 마스크를 리플로우함으로써, 에칭용 마스크의 개구 측면에 경사를 붙이고, 이 에칭용 마스크를 이용하여 절연층(82)을 에칭함으로써, 형성할 수 있다.These
또는 또한, 실시례 11에서 설명한 전하 배출 전극(14)에 관해, 도 51에 도시하는 바와 같이, 광전변환층(15)은, 절연층(82)에 마련된 제2 개구부(85A) 내를 연재되고, 전하 배출 전극(14)과 접속되어 있고, 전하 배출 전극(14)의 정상면의 연부는 절연층(82)으로 덮여 있고, 제2 개구부(85A)의 저면에는 전하 배출 전극(14)이 노출하여 있고, 전하 배출 전극(14)의 정상면과 접하는 절연층(82)의 면을 제3면(82c), 전하 축적용 전극(12)과 대향하는 광전변환층(15)의 부분과 접하는 절연층(82)의 면을 제2면(82b)으로 하였을 때, 제2 개구부(85A)의 측면은, 제3면(82c)부터 제2면(82b)을 향하여 넓어지는 경사를 갖는 형태로 할 수 있다.Alternatively, with respect to the
또한, 도 52에, 예를 들면, 실시례 1에서 설명한 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 변형례를 도시하는 바와 같이, 제2 전극(16)의 측부터 광이 입사하고, 제2 전극(16)보다의 광입사측에는 차광층(92)이 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 광전변환층보다도 광입사측에 마련된 각종 배선을 차광층으로서 기능시킬 수도 있다.In addition, as shown in Fig. 52, for example, a modified example of the imaging element and the laminated imaging element described in Example 1, light enters from the side of the
또한, 도 52에 도시한 예에서는, 차광층(92)은, 제2 전극(16)의 상방에 형성되어 있는데, 즉, 제2 전극(16)보다의 광입사측이고, 제1 전극(11)의 상방에 차광층(92)이 형성되어 있는데, 도 53에 도시하는 바와 같이, 제2 전극(16)의 광입사측의 면의 위에 배설되어도 좋다. 또한, 경우에 따라서는, 도 54에 도시하는 바와 같이, 제2 전극(16)에 차광층(92)이 형성되어 있어도 좋다.In the example shown in Fig. 52, the
또는 또한, 제2 전극(16)측부터 광이 입사하고, 제1 전극(11)에는 광이 입사하지 않은 구조로 할 수도 있다. 구체적으로는, 도 52에 도시한 바와 같이, 제2 전극(16) 가까이의 광입사측으로서, 제1 전극(11)의 상방에는 차광층(92)이 형성되어 있다. 또는 또한, 도 55에 도시하는 바와 같이, 전하 축적용 전극(12) 및 제2 전극(16)의 상방에는 온 칩·마이크로·렌즈(90)가 마련되어 있고, 온 칩·마이크로·렌즈(90)에 입사하는 광은, 전하 축적용 전극(12)에 집광되고, 제1 전극(11)에는 도달하지 않은 구조로 할 수도 있다. 또는 또한, 온 칩·마이크로·렌즈(90)에 입사하는 광은, 제1 전극(11)에는 도달하지 않은 구조로 할 수도 있다.Alternatively, the light may be incident from the
이들의 구성, 구조를 채용함으로써, 또는 또한, 전하 축적용 전극(12)의 상방에 위치하는 광전변환층(15)의 부분에만 광이 입사하도록 차광층(92)을 마련하고, 또는 또한, 온 칩·마이크로·렌즈(90)를 설계함으로써, 제1 전극(11)의 상방에 위치하는 광전변환층(15)의 부분은 광전변환에 기여하지 않게 되기 때문에, 전 화소를 보다 확실하게 일제히 리셋할 수 있고, 글로벌 셔터 기능을 한층 용이하게 실현할 수 있다. 즉, 이들의 구성, 구조를 갖는 촬상 소자를, 복수, 구비한 고체 촬상 장치의 구동 방법에서는,By adopting these structures and structures, or further, the light-blocking
모든 촬상 소자에서, 일제히, 광전변환층(15)에 전하를 축적하면서, 제1 전극(11)에서의 전하를 계외에 배출하고, 그 후,In all the imaging elements, while simultaneously accumulating charge in the
모든 촬상 소자에서, 일제히, 광전변환층(15)에 축적된 전하를 제1 전극(11)에 전송하고, 전송 완료 후, 순차적으로, 각 촬상 소자에서의 제1 전극(11)에 전송된 전하를 판독하는,In all imaging elements, the charges accumulated in the
각 공정을 반복한다.Each process is repeated.
이와 같은 고체 촬상 장치의 구동 방법에서는, 각 촬상 소자는, 제2 전극측부터 입사한 광이 제1 전극에는 입사하지 않은 구조를 가지며, 모든 촬상 소자에서, 일제히, 광전변환층에 전하를 축적하면서, 제1 전극에서의 전하를 계외에 배출하기 때문에, 전 촬상 소자에서 동시에 제1 전극의 리셋을 확실하게 행할 수 있다. 그리고, 그 후, 모든 촬상 소자에서, 일제히, 광전변환층에 축적된 전하를 제1 전극에 전송하고, 전송 완료 후, 순차적으로, 각 촬상 소자에서의 제1 전극에 전송된 전하를 판독한다. 그러므로, 이른바 글로벌 셔터 기능을 용이하게 실현할 수 있다.In the driving method of such a solid-state imaging device, each imaging element has a structure in which light incident from the second electrode side does not enter the first electrode, and in all imaging elements, while simultaneously accumulating charges in the photoelectric conversion layer, , Since the charge from the first electrode is discharged out of the system, it is possible to reliably reset the first electrode simultaneously in all the imaging elements. Then, in all the imaging elements, the charges accumulated in the photoelectric conversion layer are transferred to the first electrode all at once, and after the transfer is completed, the charges transferred to the first electrodes in each imaging element are sequentially read. Therefore, the so-called global shutter function can be easily realized.
광전변환층은 1층으로의 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 실시례 1에서 설명한 촬상 소자, 적층형 촬상 소자의 변형례를 도 56에 도시하는 바와 같이, 광전변환층(15)을, 예를 들면, IGZO로 이루어지는 하층 반도체층(15A)과, 실시례 1에서 설명한 광전변환층(15)을 구성하는 재료로 이루어지는 상층 광전변환층(15B)의 적층 구조로 할 수도 있다. 이와 같이 하층 반도체층(15A)을 마련함으로써, 전하 축적시의 재결합을 방지할 수 있고, 광전변환층(15)에 축적한 전하의 제1 전극(11)으로의 전송 효율을 증가시킬 수 있고, 암전류의 생성을 억제할 수 있다.The photoelectric conversion layer is not limited to a single layer configuration. For example, as shown in Fig. 56, a modified example of the imaging element and the laminated imaging element described in Example 1, the
도 1 및 도 2에 도시한 실시례 1에서는, 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123)의 두께를 점차 얇게 함으로써, 절연층 세그먼트(821, 822, 823)의 두께를 점차 두껍게 하고 있다. 한편, 실시례 1의 변형례에서의 전하 축적용 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층된 부분을 확대한 모식적인 일부 단면도를 도 57에 도시하는 바와 같이, 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123)의 두께를 일정하게 하고, 절연층 세그먼트(821, 822, 823)의 두께를 점차 두껍게 하여도 좋다. 또한, 광전변환층 세그먼트(151, 152, 153)의 두께는 일정하다.In Example 1 illustrated in FIGS. 1 and 2 , the thickness of the insulating
또한, 도 12에 도시한 실시례 2에서는, 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123)의 두께를 점차 얇게 함으로써, 광전변환층 세그먼트(151, 152, 153)의 두께를 점차 두껍게 하고 있다. 한편, 실시례 2의 변형례에서의 전하 축적용 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층된 부분을 확대한 모식적인 일부 단면도를 도 58에 도시하는 바와 같이, 전하 축적용 전극 세그먼트(121, 122, 123)의 두께를 일정하게 하고, 절연층 세그먼트(821, 822, 823)의 두께를 점차 얇게 함으로써, 광전변환층 세그먼트(151, 152, 153)의 두께를 점차 두껍게 하여도 좋다.Further, in Example 2 illustrated in FIG. 12, the thickness of the photoelectric
이상에 설명한 각종의 변형례는, 다른 실시례에 대해서도 적용할 수 있음은 말할 것도 없다.It goes without saying that the various modifications described above can also be applied to other embodiments.
실시례에서는, 전자를 신호 전하로 하고 있고, 반도체 기판에 형성된 광전변환층의 도전형을 n형으로 하였지만, 정공을 신호 전하로 한 고체 촬상 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우에는, 각 반도체 영역을 반대의 도전형의 반도체 영역으로 구성하면 좋고, 반도체 기판에 형성된 광전변환층의 도전형은 p형으로 하면 좋다.In the embodiment, the electron is used as the signal charge, and the conductivity type of the photoelectric conversion layer formed on the semiconductor substrate is n-type, but it can also be applied to a solid-state imaging device in which holes are used as the signal charge. In this case, each semiconductor region may be composed of a semiconductor region of the opposite conductivity type, and the conductivity type of the photoelectric conversion layer formed on the semiconductor substrate may be p-type.
또한 실시례에서는, 입사광량에 응한 신호 전하를 물리량으로서 검지하는 단위화소가 행렬형상으로 배치되어 이루어지는 CMOS형 고체 촬상 장치에 적용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, CMOS형 고체 촬상 장치에의 적용으로 한정되는 것이 아니고, CCD형 고체 촬상 장치에 적용할 수도 있다. 후자인 경우, 신호 전하는, CCD형 구조의 수직 전송 레지스터에 의해 수직 방향으로 전송되고, 수평 전송 레지스터에 의해 수평 방향으로 전송되고, 증폭됨에 의해 화소 신호(화상 신호)가 출력된다. 또한, 화소가 2차원 매트릭스형상으로 형성되고, 화소열마다 칼럼 신호 처리 회로를 배치하여 이루어지는 칼럼 방식의 고체 촬상 장치 전반으로 한정하는 것도 아니다. 나아가서는, 경우에 따라서는, 선택 트랜지스터를 생략할 수도 있다.Further, in the embodiment, the case where the unit pixels for detecting the signal charge in response to the amount of incident light as a physical amount is applied to a CMOS type solid-state imaging device, which is arranged in a matrix form as an example, is limited to application to a CMOS-type solid-state imaging device. It can also be applied to CCD type solid-state imaging devices. In the latter case, the signal charge is transferred in the vertical direction by the vertical transfer register of the CCD type structure, is transferred in the horizontal direction by the horizontal transfer register, and amplified to output a pixel signal (image signal). In addition, it is not limited to the whole column type solid-state imaging device in which a pixel is formed in a two-dimensional matrix and a column signal processing circuit is arranged for each pixel column. Furthermore, the selection transistor may be omitted in some cases.
나아가서는, 본 개시의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자는, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에의 적용으로 한하지 않고, 적외선이나 X선, 또는, 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다. 또한, 광의로는, 압력이나 정전용량 등, 다른 물리량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 지문 검출 센서 등의 고체 촬상 장치(물리량 분포 검지 장치) 전반에 대해 적용 가능하다.Furthermore, the imaging element of the present disclosure and the stacked-type imaging element do not limit the application to a solid-state imaging device that detects the distribution of the incident light amount of visible light and image it as an image, and the amount of incident light such as infrared rays, X-rays, or particles. It is also applicable to a solid-state imaging device that images the distribution of. In addition, it is applicable to all solid-state imaging devices (physical quantity distribution detection devices) such as fingerprint detection sensors that detect distribution of other physical quantities, such as pressure and capacitance, and image them as images.
나아가서는, 촬상 영역의 각 단위화소를 행 단위로 차례로 주사하여 각 단위화소로부터 화소 신호를 판독하는 고체 촬상 장치로 한정되는 것이 아니다. 화소 단위로 임의의 화소를 선택하고, 선택 화소로부터 화소 단위로 화소 신호를 판독하는 X-Y 어드레스형의 고체 촬상 장치에 대해서도 적용 가능하다. 고체 촬상 장치는 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 촬상 영역과, 구동 회로 또는 광학계를 종합하여 패키징된 촬상 기능을 갖는 모듈형상의 형태라도 좋다.Furthermore, it is not limited to a solid-state imaging device in which each unit pixel of the imaging area is sequentially scanned row by row to read a pixel signal from each unit pixel. It is also applicable to an X-Y address type solid-state imaging device in which an arbitrary pixel is selected in units of pixels and a pixel signal is read in units of pixels from the selected pixels. The solid-state imaging device may be in the form of a single chip, or may be in the form of a module having an imaging function packaged by integrating the imaging area and the driving circuit or optical system.
또한, 고체 촬상 장치에의 적용으로 한정되는 것이 아니고, 촬상 장치에도 적용 가능하다. 여기서, 촬상 장치란, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템이나, 휴대 전화기 등의 촬상 기능을 갖는 전자 기기를 가리킨다. 전자 기기에 탑재된 모듈형상의 형태, 즉, 카메라 모듈을 촬상 장치로 하는 경우도 있다.Moreover, it is not limited to application to a solid-state imaging device, and is applicable also to an imaging device. Here, the imaging device refers to a camera system such as a digital still camera or a video camera, or an electronic device having an imaging function such as a mobile phone. In some cases, a module form mounted on an electronic device, that is, a camera module is used as an imaging device.
본 개시의 촬상 소자, 적층형 촬상 소자로 구성된 고체 촬상 장치(201)를 전자 기기(카메라)(200)에 이용한 예를, 도 59에 개념도로서 도시한다. 전자 기기(200)는, 고체 촬상 장치(201), 광학 렌즈(210), 셔터 장치(211), 구동 회로(212), 및, 신호 처리 회로(213)를 갖는다. 광학 렌즈(210)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 고체 촬상 장치(201)의 촬상면상에 결상시킨다. 이에 의해 고체 촬상 장치(201) 내에, 일정 기간, 신호 전하가 축적된다. 셔터 장치(211)는, 고체 촬상 장치(201)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다. 구동 회로(212)는, 고체 촬상 장치(201)의 전송 동작 등 및 셔터 장치(211)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 공급한다. 구동 회로(212)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 의해, 고체 촬상 장치(201)의 신호 전송을 행한다. 신호 처리 회로(213)는, 각종의 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행하여진 영상 신호는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되고, 또는, 모니터에 출력된다. 이와 같은 전자 기기(200)에서는, 고체 촬상 장치(201)에서의 화소 사이즈의 미세화 및 전송 효율의 향상을 달성할 수 있기 때문에, 화소 특성의 향상이 도모된 전자 기기(200)를 얻을 수 있다. 고체 촬상 장치(201)를 적용할 수 있는 전자 기기(200)로서는, 카메라로 한정되는 것이 아니고, 디지털 스틸 카메라, 휴대 전화기 등의 모바일 기기용 카메라 모듈 등의 촬상 장치에 적용 가능하다.An example in which the solid-
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성을 취할 수도 있다.Moreover, this disclosure can also take the following structures.
[A01]≪촬상 소자 : 제1의 양태≫[A01] << Image pickup element: First aspect≫
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비하고 있고,The photoelectric conversion unit is further provided with an electrode for electric charge accumulation, which is disposed apart from the first electrode and is disposed to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer.
광전변환부는, N개(단, N≥2)의 광전변환부 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion section is composed of N (however, N≥2) photoelectric conversion section segments,
광전변환층은, N개의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion layer is composed of N photoelectric conversion layer segments,
절연층은, N개의 절연층 세그먼트로 구성되어 있고,The insulating layer is composed of N insulating layer segments,
전하 축적용 전극은, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트로 구성되어 있고,The electrode for charge accumulation is composed of N electrode segments for charge accumulation,
제n번째(단, n=1, 2, 3 … N)의 광전변환부 세그먼트는, 제n번째의 전하 축적용 전극 세그먼트, 제n번째의 절연층 세그먼트 및 제n번째의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The n-th (however, n = 1, 2, 3 ... N) photoelectric conversion section segments are the n-th charge accumulation electrode segment, the n-th insulating layer segment, and the n-th photoelectric conversion layer segment. Is composed,
n의 값이 큰 광전변환부 세그먼트일수록, 제1 전극부터 떨어져서 위치하고,The segment of the photoelectric conversion section having a larger value of n is located away from the first electrode,
제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 절연층 세그먼트의 두께가, 점차, 변화하고 있는 촬상 소자.The imaging element whose thickness of the insulating layer segment gradually changes from the 1st photoelectric conversion section segment to the Nth photoelectric conversion section segment.
[A02]≪촬상 소자 : 제2의 양태≫[A02] << Image pickup element: Second aspect >>
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비하고 있고,The photoelectric conversion unit is further provided with an electrode for electric charge accumulation, which is disposed apart from the first electrode and is disposed to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer.
광전변환부는, N개(단, N≥2)의 광전변환부 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion section is composed of N (however, N≥2) photoelectric conversion section segments,
광전변환층은, N개의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion layer is composed of N photoelectric conversion layer segments,
절연층은, N개의 절연층 세그먼트로 구성되어 있고,The insulating layer is composed of N insulating layer segments,
전하 축적용 전극은, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트로 구성되어 있고,The electrode for charge accumulation is composed of N electrode segments for charge accumulation,
제n번째(단, n=1, 2, 3 … N)의 광전변환부 세그먼트는, 제n번째의 전하 축적용 전극 세그먼트, 제n번째의 절연층 세그먼트 및 제n번째의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The n-th (however, n = 1, 2, 3 ... N) photoelectric conversion section segments are the n-th charge accumulation electrode segment, the n-th insulating layer segment, and the n-th photoelectric conversion layer segment. Is composed,
n의 값이 큰 광전변환부 세그먼트일수록, 제1 전극부터 떨어져서 위치하고,The segment of the photoelectric conversion section having a larger value of n is located away from the first electrode,
제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 광전변환층 세그먼트의 두께가, 점차, 변화하고 있는 촬상 소자.An imaging element in which the thickness of the photoelectric conversion layer segment gradually changes from the first photoelectric conversion section segment to the Nth photoelectric conversion section segment.
[A03]≪촬상 소자 : 제3의 양태≫[A03] << Image pickup element: Third aspect≫
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비하고 있고,The photoelectric conversion unit is further provided with an electrode for electric charge accumulation, which is disposed apart from the first electrode and is disposed to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer.
광전변환부는, N개(단, N≥2)의 광전변환부 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion section is composed of N (however, N≥2) photoelectric conversion section segments,
광전변환층은, N개의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion layer is composed of N photoelectric conversion layer segments,
절연층은, N개의 절연층 세그먼트로 구성되어 있고,The insulating layer is composed of N insulating layer segments,
전하 축적용 전극은, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트로 구성되어 있고,The electrode for charge accumulation is composed of N electrode segments for charge accumulation,
제n번째(단, n=1, 2, 3 … N)의 광전변환부 세그먼트는, 제n번째의 전하 축적용 전극 세그먼트, 제n번째의 절연층 세그먼트 및 제n번째의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The n-th (however, n = 1, 2, 3 ... N) photoelectric conversion section segments are the n-th charge accumulation electrode segment, the n-th insulating layer segment, and the n-th photoelectric conversion layer segment. Is composed,
n의 값이 큰 광전변환부 세그먼트일수록, 제1 전극부터 떨어져서 위치하고,The segment of the photoelectric conversion section having a larger value of n is located away from the first electrode,
인접하는 광전변환부 세그먼트에서, 절연층 세그먼트를 구성하는 재료가 다른 촬상 소자.An imaging element having different materials constituting the insulating layer segment in adjacent photoelectric conversion section segments.
[A04]≪촬상 소자 : 제4의 양태≫[A04] << Image pickup device: Fourth aspect≫
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비하고 있고,The photoelectric conversion unit is further provided with an electrode for electric charge accumulation, which is disposed apart from the first electrode and is disposed to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer.
광전변환부는, N개(단, N≥2)의 광전변환부 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion section is composed of N (however, N≥2) photoelectric conversion section segments,
광전변환층은, N개의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion layer is composed of N photoelectric conversion layer segments,
절연층은, N개의 절연층 세그먼트로 구성되어 있고,The insulating layer is composed of N insulating layer segments,
전하 축적용 전극은, 상호 이간되어 배치된, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트로 구성되어 있고,The electrode for charge accumulation is composed of N electrode segments for charge accumulation, spaced apart from each other,
제n번째(단, n=1, 2, 3 … N)의 광전변환부 세그먼트는, 제n번째의 전하 축적용 전극 세그먼트, 제n번째의 절연층 세그먼트 및 제n번째의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The n-th (however, n = 1, 2, 3 ... N) photoelectric conversion section segments are the n-th charge accumulation electrode segment, the n-th insulating layer segment, and the n-th photoelectric conversion layer segment. Is composed,
n의 값이 큰 광전변환부 세그먼트일수록, 제1 전극부터 떨어져서 위치하고,The segment of the photoelectric conversion section having a larger value of n is located away from the first electrode,
인접하는 광전변환부 세그먼트에서, 전하 축적용 전극 세그먼트를 구성하는 재료가 다른 촬상 소자.An imaging element having different materials constituting the electrode segment for charge accumulation in adjacent photoelectric conversion section segments.
[A05]≪촬상 소자 : 제5의 양태≫[A05] << Image pickup device: 5th aspect >>
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비하고 있고,The photoelectric conversion unit is further provided with an electrode for electric charge accumulation, which is disposed apart from the first electrode and is disposed to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer.
광전변환부는, N개(단, N≥2)의 광전변환부 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion section is composed of N (however, N≥2) photoelectric conversion section segments,
광전변환층은, N개의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The photoelectric conversion layer is composed of N photoelectric conversion layer segments,
절연층은, N개의 절연층 세그먼트로 구성되어 있고,The insulating layer is composed of N insulating layer segments,
전하 축적용 전극은, 상호 이간되어 배치된, N개의 전하 축적용 전극 세그먼트로 구성되어 있고,The electrode for charge accumulation is composed of N electrode segments for charge accumulation, spaced apart from each other,
제n번째(단, n=1, 2, 3 … N)의 광전변환부 세그먼트는, 제n번째의 전하 축적용 전극 세그먼트, 제n번째의 절연층 세그먼트 및 제n번째의 광전변환층 세그먼트로 구성되어 있고,The n-th (however, n = 1, 2, 3 ... N) photoelectric conversion section segments are the n-th charge accumulation electrode segment, the n-th insulating layer segment, and the n-th photoelectric conversion layer segment. Is composed,
n의 값이 큰 광전변환부 세그먼트일수록, 제1 전극부터 떨어져서 위치하고,The segment of the photoelectric conversion section having a larger value of n is located away from the first electrode,
제1번째의 광전변환부 세그먼트로부터 제N번째의 광전변환부 세그먼트에 걸쳐서, 전하 축적용 전극 세그먼트의 면적이, 점차, 작게 되어 있는 촬상 소자.An imaging element in which the area of the electrode segment for charge accumulation is gradually reduced from the first photoelectric conversion section segment to the Nth photoelectric conversion section segment.
[A06]≪촬상 소자 : 제6의 양태≫[A06] << Image pickup device: Sixth aspect≫
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비하고 있고,The photoelectric conversion unit is further provided with an electrode for electric charge accumulation, which is disposed apart from the first electrode and is disposed to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer.
전하 축적용 전극과 절연층과 광전변환층의 적층 방향을 Z방향, 제1 전극부터 떨어지는 방향을 X방향으로 하였을 때, YZ 가상평면으로 전하 축적용 전극과 절연층과 광전변환층이 적층된 적층부분을 절단한 때의 적층부분의 단면적은, 제1 전극부터의 거리에 의존하여 변화하는 촬상 소자.When the stacking direction of the electrode for accumulating charge, the insulating layer and the photoelectric conversion layer is set to the Z direction, and the direction from the first electrode to the X direction, the stacking of the charge accumulating electrode, the insulating layer and the photoelectric conversion layer in the YZ virtual plane is stacked. An imaging element in which the cross-sectional area of the laminated portion when the portion is cut is changed depending on the distance from the first electrode.
[B01] 반도체 기판을 또한 구비하고 있고,[B01] also has a semiconductor substrate,
광전변환부는, 반도체 기판의 상방에 배치되어 있는 [A01] 내지 [A06]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.The photoelectric conversion unit is the imaging element according to any one of [A01] to [A06], which is disposed above the semiconductor substrate.
[B02] 제1 전극은, 절연층에 마련된 개구부 내를 연재되고, 광전변환층과 접속되어 있는 [A01] 내지 [B01]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.[B02] The imaging element according to any one of [A01] to [B01], in which the first electrode extends in the opening provided in the insulating layer and is connected to the photoelectric conversion layer.
[B03] 광전변환층은, 절연층에 마련된 개구부 내를 연재되고, 제1 전극과 접속되어 있는 [A01] 내지 [B01]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.[B03] The imaging element according to any one of [A01] to [B01], in which the photoelectric conversion layer extends through an opening provided in the insulating layer and is connected to the first electrode.
[B04] 제1 전극의 정상면의 연부는 절연층으로 덮여 있고,[B04] The edge of the top surface of the first electrode is covered with an insulating layer,
개구부의 저면에는 제1 전극이 노출하여 있고,The first electrode is exposed on the bottom surface of the opening,
제1 전극의 정상면과 접하는 절연층의 면을 제1면, 전하 축적용 전극과 대향하는 광전변환층의 부분과 접하는 절연층의 면을 제2면으로 하였을 때, 개구부의 측면은, 제1면부터 제2면을 향하여 넓어지는 경사를 갖는 [B03]에 기재된 촬상 소자.When the surface of the insulating layer in contact with the top surface of the first electrode is the first surface, and the surface of the insulating layer in contact with the portion of the photoelectric conversion layer facing the charge storage electrode is the second surface, the side surface of the opening is the first surface The imaging element according to [B03], which has an inclination widening toward the second surface.
[B05] 제1면부터 제2면을 향하여 넓어지는 경사를 갖는 개구부의 측면은, 전하 축적용 전극측에 위치하는 [B04]에 기재된 촬상 소자.[B05] The imaging element according to [B04], wherein a side surface of an opening having an inclination extending from the first surface to the second surface is located on the electrode side for charge accumulation.
[B06]≪제1 전극 및 전하 축적용 전극의 전위의 제어≫[B06] << control of electric potential of first electrode and electrode for charge accumulation≫
반도체 기판에 마련되고, 구동 회로를 갖는 제어부를 또한 구비하고 있고,It is provided on the semiconductor substrate, and is also provided with a control unit having a driving circuit,
제1 전극 및 전하 축적용 전극은, 구동 회로에 접속되어 있고,The first electrode and the electrode for charge accumulation are connected to a driving circuit,
전하 축적 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극에 전위(V11)가 인가되고, 전하 축적용 전극에 전위(V12)가 인가되고, 광전변환층에 전하가 축적되고,In the charge accumulation period, the potential V 11 is applied to the first electrode from the driving circuit, the potential V 12 is applied to the electrode for charge accumulation, and charge is accumulated in the photoelectric conversion layer,
전하 전송 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극에 전위(V21)가 인가되고, 전하 축적용 전극에 전위(V22)가 인가되고, 광전변환층에 축적된 전하가 제1 전극을 경유하여 제어부에 판독되는 [A01] 내지 [B05]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.In the charge transfer period, the potential V 21 is applied to the first electrode from the driving circuit, the potential V 22 is applied to the charge accumulation electrode, and the charge accumulated in the photoelectric conversion layer passes through the first electrode. The imaging element according to any one of [A01] to [B05], which is read by the control unit.
단, 제1 전극의 전위가 제2 전극보다 높은 경우,However, when the potential of the first electrode is higher than that of the second electrode,
V12≥V11, 또한, V22<V21 V 12 ≥V 11 , and also V 22 <V 21
이고, 제1 전극의 전위가 제2 전극보다 낮은 경우,And when the potential of the first electrode is lower than that of the second electrode,
V12≤V11, 또한, V22>V21 V 12 ≤V 11 , and also V 22 > V 21
이다.to be.
[B07]≪전하 배출 전극≫[B07] << charge discharge electrode >>
광전변환층에 접속되고, 제1 전극 및 전하 축적용 전극과 이간하여 배치된 전하 배출 전극을 또한 구비하고 있는 [A01] 내지 [B06]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.The imaging element according to any one of [A01] to [B06], further connected to the photoelectric conversion layer and further comprising a first electrode and a charge discharge electrode disposed apart from the electrode for charge accumulation.
[B08] 전하 배출 전극은, 제1 전극 및 전하 축적용 전극을 둘러싸도록 배치되어 있는 [B07]에 기재된 촬상 소자.[B08] The imaging device according to [B07], wherein the charge discharge electrode is disposed to surround the first electrode and the charge accumulation electrode.
[B09] 광전변환층은, 절연층에 마련된 제2 개구부 내를 연재되고, 전하 배출 전극과 접속되어 있고,[B09] The photoelectric conversion layer is extended in the second opening provided in the insulating layer, and is connected to the charge discharge electrode,
전하 배출 전극의 정상면의 연부는 절연층으로 덮여 있고,The edge of the top surface of the charge discharge electrode is covered with an insulating layer,
제2 개구부의 저면에는 전하 배출 전극이 노출하여 있고,A charge discharge electrode is exposed on the bottom surface of the second opening,
전하 배출 전극의 정상면과 접하는 절연층의 면을 제3면, 전하 축적용 전극과 대향하는 광전변환층의 부분과 접하는 절연층의 면을 제2면으로 하였을 때, 제2 개구부의 측면은, 제3면부터 제2면을 향하여 넓어지는 경사를 갖는 [B07] 또는 [B08]에 기재된 촬상 소자.When the surface of the insulating layer in contact with the top surface of the charge discharge electrode is the third surface, and the surface of the insulating layer in contact with the portion of the photoelectric conversion layer facing the electrode for charge accumulation is the second surface, the side surface of the second opening is: The imaging element according to [B07] or [B08], which has an inclination extending from the 3rd surface toward the 2nd surface.
[B10]≪제1 전극, 전하 축적용 전극 및 전하 배출 전극의 전위의 제어≫[B10] << control of electric potentials of the first electrode, the electrode for accumulating electric charges, and the electrode for discharging electric charges≫
반도체 기판에 마련되고, 구동 회로를 갖는 제어부를 또한 구비하고 있고,It is provided on the semiconductor substrate, and is also provided with a control unit having a driving circuit,
제1 전극, 전하 축적용 전극 및 전하 배출 전극은, 구동 회로에 접속되어 있고,The first electrode, the charge accumulation electrode, and the charge discharge electrode are connected to a driving circuit,
전하 축적 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극에 전위(V11)가 인가되고, 전하 축적용 전극에 전위(V12)가 인가되고, 전하 배출 전극에 전위(V14)가 인가되고, 광전변환층에 전하가 축적되고,In the charge accumulation period, from the driving circuit, is applied to the potential (V 11) to the first electrode, the charge is applied to the potential (V 12) to the accumulation electrode and the charge drain is applied to the potential (V 14) to the electrode, the photoelectric Electric charges accumulate in the conversion layer,
전하 전송 기간에서, 구동 회로로부터, 제1 전극에 전위(V21)가 인가되고, 전하 축적용 전극에 전위(V22)가 인가되고, 전하 배출 전극에 전위(V24)가 인가되고, 광전변환층에 축적된 전하가 제1 전극을 통하여 제어부에 판독되는 [B07] 내지 [B09]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.In the charge transfer period, from the driving circuit, the applied electric potential (V 21) to the first electrode, and applying a potential (V 22) to the charge accumulation electrode, and applying a potential (V 24) to the charge drain electrode, the photoelectric The imaging element according to any one of [B07] to [B09], in which charge accumulated in the conversion layer is read to the control unit through the first electrode.
단, 제1 전극의 전위가 제2 전극보다 높은 경우,However, when the potential of the first electrode is higher than that of the second electrode,
V14>V11, 또한, V24<V21 V 14 > V 11 , and also V 24 <V 21
이고, 제1 전극의 전위가 제2 전극보다 낮은 경우,And when the potential of the first electrode is lower than that of the second electrode,
V14<V11, 또한, V24>V21 V 14 <V 11 , and also V 24 > V 21
이다.to be.
[B11] 제1 전극의 전위가 제2 전극보다 높은 경우, 전하 전송 기간에서, 제1 전극에 가장 가까운 곳에 위치하는 전하 축적용 전극 세그먼트에 인가되는 전위는, 제1 전극에 가장 먼 곳에 위치하는 전하 축적용 전극 세그먼트에 인가되는 전위보다 높고,[B11] When the potential of the first electrode is higher than that of the second electrode, in the charge transfer period, the potential applied to the electrode segment for charge accumulation located closest to the first electrode is located farthest from the first electrode Higher than the potential applied to the electrode segment for charge accumulation,
제1 전극의 전위가 제2 전극보다 낮은 경우, 전하 전송 기간에서, 제1 전극에 가장 가까운 곳에 위치하는 전하 축적용 전극 세그먼트에 인가되는 전위는, 제1 전극에 가장 먼 곳에 위치하는 전하 축적용 전극 세그먼트에 인가되는 전위보다 낮은 [A01] 내지 [B10]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.When the potential of the first electrode is lower than that of the second electrode, in the charge transfer period, the potential applied to the electrode segment for charge accumulation located closest to the first electrode is for charge accumulation located farthest from the first electrode The imaging element according to any one of [A01] to [B10], which is lower than the potential applied to the electrode segment.
[B12] 반도체 기판에는, 제어부를 구성하는 적어도 부유 확산층 및 증폭 트랜지스터가 마련되어 있고,[B12] At least a floating diffusion layer and an amplifying transistor constituting the control unit are provided on the semiconductor substrate,
제1 전극은, 부유 확산층 및 증폭 트랜지스터의 게이트부에 접속되어 있는 [A01] 내지 [B11]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.The imaging element according to any one of [A01] to [B11], wherein the first electrode is connected to the floating diffusion layer and the gate portion of the amplifying transistor.
[B13] 반도체 기판에는, 또한, 제어부를 구성하는 리셋·트랜지스터 및 선택 트랜지스터가 마련되어 있고,[B13] The semiconductor substrate is further provided with a reset transistor and a selection transistor constituting a control unit,
부유 확산층은, 리셋·트랜지스터의 일방의 소스/드레인 영역에 접속되어 있고,The floating diffusion layer is connected to one of the source / drain regions of the reset transistor,
증폭 트랜지스터의 일방의 소스/드레인 영역은, 선택 트랜지스터의 일방의 소스/드레인 영역에 접속되어 있고, 선택 트랜지스터의 타방의 소스/드레인 영역은 신호선에 접속되어 있는 [B12]에 기재된 촬상 소자.The imaging element according to [B12], wherein one source / drain region of the amplification transistor is connected to one source / drain region of the selection transistor, and the other source / drain region of the selection transistor is connected to a signal line.
[B14] 전하 축적용 전극의 크기는 제1 전극보다도 큰 [A01] 내지 [B13]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.[B14] The imaging element according to any one of [A01] to [B13], wherein the size of the electrode for charge accumulation is larger than the first electrode.
[B15] 제2 전극측부터 광이 입사하고, 제2 전극 가까이의 광입사측에는 차광층이 형성되어 있는 [A01] 내지 [B14]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.[B15] The imaging element according to any one of [A01] to [B14], in which light enters from the second electrode side and a light-shielding layer is formed on the light incident side near the second electrode.
[B16] 제2 전극측부터 광이 입사하고, 제1 전극에는 광이 입사하지 않는 [A01] 내지 [B14]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자.[B16] The imaging element according to any one of [A01] to [B14], in which light enters from the second electrode side and no light enters the first electrode.
[B17] 제2 전극 가까이의 광입사측으로서, 제1 전극의 상방에는 차광층이 형성되어 있는 [B16]에 기재된 촬상 소자.[B17] The imaging element according to [B16], in which a light-shielding layer is formed above the first electrode as the light incident side near the second electrode.
[B18] 전하 축적용 전극 및 제2 전극의 상방에는 온 칩·마이크로·렌즈가 마련되어 있고,[B18] On-chip micro lenses are provided above the charge accumulation electrode and the second electrode,
온 칩·마이크로·렌즈에 입사하는 광은, 전하 축적용 전극에 집광되는 [B16]에 기재된 촬상 소자.The imaging element according to [B16], wherein light incident on the on-chip micro-lens is condensed on an electrode for charge accumulation.
[C01]≪적층형 촬상 소자≫[C01] «Laminated image pickup device»
[A01] 내지 [B18]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자를 적어도 하나 갖는 적층형 촬상 소자.A stacked-type imaging element having at least one imaging element according to any one of [A01] to [B18].
[D01]≪고체 촬상 장치 : 제1의 양태≫[D01] << solid-state imaging device: first aspect >>
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비한 촬상 소자를, 복수, 갖고 있고,The photoelectric conversion section further has a plurality of imaging elements provided with electrodes for charge accumulation, which are disposed spaced apart from the first electrode and are arranged to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer,
복수의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있고,The imaging element block is composed of a plurality of imaging elements,
촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자에서 제1 전극이 공유되어 있는 고체 촬상 장치.A solid-state imaging device in which a first electrode is shared by a plurality of imaging elements constituting an imaging element block.
[D02]≪고체 촬상 장치 : 제2의 양태≫[D02] << solid-state imaging device: 2nd aspect >>
[A01] 내지 [B17]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자를, 복수, 갖고 있고,A plurality of imaging elements according to any one of [A01] to [B17] are provided,
복수의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있고,The imaging element block is composed of a plurality of imaging elements,
촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자에서 제1 전극이 공유되어 있는 고체 촬상 장치.A solid-state imaging device in which a first electrode is shared by a plurality of imaging elements constituting an imaging element block.
[D03] 촬상 소자 블록을 구성하는 복수의 촬상 소자의 사이에는 전송 제어용 전극이 마련되어 있는 [D01] 또는 [D02]에 기재된 고체 촬상 장치.[D03] The solid-state imaging device according to [D01] or [D02], in which a transfer control electrode is provided between a plurality of imaging elements constituting the imaging element block.
[D04] 하나의 촬상 소자의 상방에 하나의 온·칩·마이크로·렌즈가 마련되어 있는 [D01] 내지 [D03]의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.[D04] The solid-state imaging device according to any one of [D01] to [D03], wherein one on-chip micro-lens is provided above one imaging element.
[D05] 2개의 촬상 소자로 촬상 소자 블록이 구성되어 있고,[D05] An imaging element block is composed of two imaging elements,
촬상 소자 블록의 상방에 하나의 온·칩·마이크로·렌즈가 마련되어 있는 [D01] 내지 [D04]의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.The solid-state imaging device according to any one of [D01] to [D04], wherein one on-chip, micro-lens is provided above the imaging element block.
[D06] 복수의 촬상 소자에 대해 하나의 부유 확산층이 마련되어 있는 [D01] 내지 [D05]의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.[D06] The solid-state imaging device according to any one of [D01] to [D05], wherein one floating diffusion layer is provided for a plurality of imaging elements.
[D07] 제1 전극은, 각 촬상 소자의 전하 축적용 전극에 인접하여 배치되어 있는 [D01] 내지 [D06]의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.[D07] The solid-state imaging device according to any one of [D01] to [D06], wherein the first electrode is disposed adjacent to the charge storage electrode of each imaging element.
[D08] 제1 전극이, 복수의 촬상 소자의 일부의 전하 축적용 전극에 인접하여 배치되어 있고, 복수의 촬상 소자의 나머지 전하 축적용 전극과는 인접하여 배치되지 않은 [D01] 내지 [D07]의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.[D08] [D01] to [D07], in which the first electrodes are disposed adjacent to the electrodes for accumulating charges of a part of the plurality of imaging elements, and not disposed adjacent to the remaining electrodes for accumulating charges of the plurality of imaging elements The solid-state imaging device according to any one of the preceding.
[D09] 촬상 소자를 구성하는 전하 축적용 전극과 촬상 소자를 구성하는 전하 축적용 전극 사이의 거리는, 제1 전극에 인접하는 촬상 소자에서의 제1 전극과 전하 축적용 전극 사이의 거리보다도 길다란 [D08]에 기재된 고체 촬상 장치.[D09] The distance between the charge accumulation electrode constituting the imaging element and the charge accumulation electrode constituting the imaging element is longer than the distance between the first electrode and the charge accumulation electrode in the imaging element adjacent to the first electrode [ D08].
[E01]≪고체 촬상 장치 : 제3의 양태≫[E01] << solid-state imaging device: third aspect≫
[A01] 내지 [A06]의 어느 한 항에 기재된 촬상 소자를, 복수, 구비한 고체 촬상 장치.A solid-state imaging device comprising a plurality of imaging elements according to any one of [A01] to [A06].
[E02]≪고체 촬상 장치 : 제4의 양태≫[E02] << solid-state imaging device: the fourth aspect≫
[C01]에 기재된 적층형 촬상 소자를, 복수, 구비한 고체 촬상 장치.A solid-state imaging device provided with a plurality of the multilayer imaging elements described in [C01].
[F01]≪고체 촬상 장치의 구동 방법≫[F01] «How to drive a solid-state imaging device»
제1 전극, 광전변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전변환부를 구비하고 있고,The first electrode, the photoelectric conversion layer and the second electrode is provided with a photoelectric conversion unit made of a stack,
광전변환부는, 또한, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전변환층과 대향하여 배치된 전하 축적용 전극을 구비하고 있고,The photoelectric conversion unit is further provided with an electrode for electric charge accumulation, which is disposed apart from the first electrode and is disposed to face the photoelectric conversion layer through an insulating layer.
제2 전극측부터 광이 입사하고, 제1 전극에는 광이 입사하지 않은 구조를 갖는 촬상 소자를, 복수, 구비한 고체 촬상 장치의 구동 방법으로서,As a driving method of a solid-state imaging device comprising a plurality of imaging elements having a structure in which light enters from the second electrode side and no light enters the first electrode,
모든 촬상 소자에서, 일제히, 광전변환층에 전하를 축적하면서, 제1 전극에서의 전하를 계외에 배출하고, 그 후,In all the imaging elements, while simultaneously accumulating electric charges in the photoelectric conversion layer, the electric charges from the first electrode are discharged out of the system, and thereafter,
모든 촬상 소자에서, 일제히, 광전변환층에 축적된 전하를 제1 전극에 전송하고, 전송 완료 후, 순차적으로, 각 촬상 소자에서의 제1 전극에 전송된 전하를 판독하는,In all the imaging elements, the charges accumulated in the photoelectric conversion layer are simultaneously transferred to the first electrode, and after the transfer is completed, the charges transferred to the first electrode in each imaging element are sequentially read.
각 공정을 반복하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.The driving method of the solid-state imaging device which repeats each process.
101, 102, 103 : 광전변환부 세그먼트
11, 11' : 제1 전극
12, 12' : 전하 축적용 전극
121, 122, 123 : 전하 축적용 전극 세그먼트
13' : 전송 제어용 전극
14 : 전하 배출
15 : 광전변환층
151, 152, 153 : 광전변환층 세그먼트
16 : 제2 전극
41 : 제2 촬상 소자를 구성하는 n형 반도체 영역
43 : 제3 촬상 소자를 구성하는 n형 반도체 영역
42, 44, 73 : p+층
FD1, FD2, FD3, 45C, 46C : 부유 확산층
TR1amp : 증폭 트랜지스터
TR1rst : 리셋·트랜지스터
TR1sel : 선택 트랜지스터
51 : 리셋·트랜지스터(TR1rst)의 게이트부
51A : 리셋·트랜지스터(TR1rst)의 채널 형성 영역
51B, 51C : 리셋·트랜지스터(TR1rst)의 소스/드레인 영역
52 : 증폭 트랜지스터(TR1amp)의 게이트부
52A : 증폭 트랜지스터(TR1amp)의 채널 형성 영역
52B, 52C : 증폭 트랜지스터(TR1amp)의 소스/드레인 영역
53 : 선택 트랜지스터(TR1sel)의 게이트부
53A : 선택 트랜지스터(TR1sel)의 채널 형성 영역
53B, 53C : 선택 트랜지스터(TR1sel)의 소스/드레인 영역
TR2trs : 전송 트랜지스터
45 : 전송 트랜지스터의 게이트부
TR2rst : 리셋·트랜지스터
TR2amp : 증폭 트랜지스터
TR2sel : 선택 트랜지스터
TR3trs : 전송 트랜지스터
46 : 전송 트랜지스터의 게이트부
TR3rst : 리셋·트랜지스터
TR3amp : 증폭 트랜지스터
TR3sel : 선택 트랜지스터
VDD : 전원
RST1, RST2, RST3 : 리셋선
SEL1, SEL2, SEL3 : 선택선
117, VSL1, VSL2, VSL3 : 신호선
TG2, TG3 : 전송 게이트선
VOA, VOT, VOU : 배선
61 : 콘택트 홀부
62 : 배선층
63, 64, 68A : 패드부
65, 68B : 접속구멍
66, 67, 69 : 접속부
70 : 반도체 기판
70A : 반도체 기판의 제1면(겉면)
70B : 반도체 기판의 제2면(이면)
71 : 소자 분리 영역
72 : 산화막
74 : HfO2막
75 : 절연막
76 : 층간 절연층
77, 78, 81 : 층간 절연층
82 : 절연층
821, 822, 823 : 절연층 세그먼트
82a : 절연층의 제1면
82b : 절연층의 제2면
82c : 절연층의 제3면
83 : 보호층
84, 84A, 84B, 84C : 개구부
85, 85A : 제2 개구부
90 : 온 칩·마이크로·렌즈
91 : 층간 절연층보다 하방에 위치하는 각종의 촬상 소자 구성 요소
92 : 차광층
100 : 고체 촬상 장치
101 : 적층형 촬상 소자
111 : 촬상 영역
112 : 수직 구동 회로
113 : 칼럼 신호 처리 회로
114 : 수평 구동 회로
115 : 출력 회로
116 : 구동 제어 회로
118 : 수평 신호선
200 : 전자 기기(카메라)
201 : 고체 촬상 장치
210 : 광학 렌즈
211 : 셔터 장치
212 : 구동 회로
213 : 신호 처리 회로10 1 , 10 2 , 10 3 : Segment of photoelectric conversion part
11, 11 ': first electrode
12, 12 ': charge accumulation electrode
12 1 , 12 2 , 1 2 3 : Electrode segment for charge accumulation
13 ': Transmission control electrode
14: charge discharge
15: photoelectric conversion layer
15 1 , 15 2 , 15 3 : Photoelectric conversion layer segment
16: second electrode
41: n-type semiconductor region constituting the second imaging element
43: n-type semiconductor region constituting the third imaging element
42, 44, 73: p + layer
FD 1 , FD 2 , FD 3 , 45C, 46C: floating diffusion layer
TR1 amp : amplifying transistor
TR1 rst : Reset transistor
TR1 sel : Selection transistor
51: gate portion of reset transistor (TR1 rst )
51A: Channel formation region of reset transistor TR1 rst
51B, 51C: Source / drain area of reset transistor (TR1 rst )
52: gate portion of the amplifying transistor (TR1 amp )
52A: Channel formation region of amplification transistor (TR1 amp )
52B, 52C: Source / drain region of amplifying transistor (TR1 amp )
53: gate portion of the selection transistor TR1 sel
53A: Channel formation region of selection transistor TR1 sel
53B, 53C: source / drain regions of the selection transistor TR1 sel
TR2 trs : transfer transistor
45: gate portion of the transfer transistor
TR2 rst : Reset transistor
TR2 amp : amplifying transistor
TR2 sel : Selection transistor
TR3 trs : transfer transistor
46: gate portion of the transfer transistor
TR3 rst : Reset transistor
TR3 amp : amplification transistor
TR3 sel : Selection transistor
V DD : Power
RST 1 , RST 2 , RST 3 : Reset wire
SEL 1 , SEL 2 , SEL 3 : Selection line
117, VSL 1 , VSL 2 , VSL 3 : Signal line
TG 2 , TG 3 : Transmission gate line
V OA , V OT , V OU : Wiring
61: contact hole
62: wiring layer
63, 64, 68A: Pad section
65, 68B: connection hole
66, 67, 69: connection
70: semiconductor substrate
70A: first surface of semiconductor substrate (outer surface)
70B: second side of semiconductor substrate (back side)
71: device isolation region
72: oxide film
74: HfO 2 membrane
75: insulating film
76: interlayer insulating layer
77, 78, 81: interlayer insulating layer
82: insulating layer
82 1 , 82 2 , 82 3 : Insulation layer segment
82a: first side of insulating layer
82b: second side of insulating layer
82c: third side of insulating layer
83: protective layer
84, 84A, 84B, 84C: opening
85, 85A: second opening
90: on-chip micro-lens
91: various imaging device components positioned below the interlayer insulating layer
92: light-shielding layer
100: solid-state imaging device
101: stacked image pickup device
111: imaging area
112: vertical drive circuit
113: column signal processing circuit
114: horizontal driving circuit
115: output circuit
116: drive control circuit
118: horizontal signal line
200: electronic device (camera)
201: solid-state imaging device
210: optical lens
211: shutter device
212: driving circuit
213: signal processing circuit
Claims (6)
제2 촬상 소자와,
상기 제2 촬상 소자에 전기적으로 접속한, 제1 전송 트랜지스터 및 제1 리셋 트랜지스터 및 제1 선택 트랜지스터와,
제3 촬상 소자와,
상기 제3 촬상 소자에 전기적으로 접속한, 제2 전송 트랜지스터 및 제2 리셋 트랜지스터 및 제2 선택 트랜지스터와,
온 칩·마이크로·렌즈를 구비한 화소를 가지며,
상기 제1 촬상 소자는, 제1 전극과, 제3 전극과, 상기 제1 및 제3 전극에 대향하는 제2 전극을 구비하고,
상기 화소는,
상기 제3 전극에 접속한 제3 전극 제어선과,
상기 제1 전송 트랜지스터와, 상기 제1 리셋 트랜지스터와, 상기 제1 선택 트랜지스터와, 상기 제2 전송 트랜지스터와, 상기 제2 리셋 트랜지스터와, 상기 제2 선택 트랜지스터의 각각에 접속하고, 상기 제3 전극 제어선과는 다른, 복수개의 제어선을 또한 구비하고,
또한, 상기 화소는,
그 화소에 구비되는 온 칩·마이크로·렌즈의 중심과, 그 화소에 구비되는 상기 복수개의 제어선의 어느 하나 사이의 거리가, 그 화소에 구비되는 온 칩·마이크로·렌즈의 중심과 그 화소에 구비되는 상기 제3 전극 제어선 사이의 거리보다도 작은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.A first imaging element,
A second imaging element,
A first transfer transistor, a first reset transistor, and a first selection transistor electrically connected to the second imaging element;
A third imaging element,
A second transfer transistor, a second reset transistor, and a second selection transistor electrically connected to the third imaging element,
Has a pixel with on-chip micro-lens,
The first imaging element includes a first electrode, a third electrode, and a second electrode opposite to the first and third electrodes,
The pixel,
A third electrode control line connected to the third electrode,
Connected to each of the first transfer transistor, the first reset transistor, the first select transistor, the second transfer transistor, the second reset transistor, and the second select transistor, and the third electrode It is also provided with a plurality of control lines, different from the control lines,
In addition, the pixel,
The distance between the center of the on-chip micro-lens provided in the pixel and any one of the plurality of control lines provided in the pixel is provided in the center of the on-chip micro-lens provided in the pixel and the pixel. And a distance between the third electrode control lines.
제1 촬상 소자와,
제2 촬상 소자와,
제3 촬상 소자와,
온 칩·마이크로·렌즈를 구비하고,
제1 전극 내접원 중심과 온 칩·마이크로·렌즈 중심 사이의 거리(d4), 또는, 부유 확산 영역 내접원 중심과 온 칩·마이크로·렌즈 중심 사이의 거리(d5)보다도, 전하 축적용 전극 내접원 중심과 온 칩·마이크로·렌즈 중심 사이의 거리(d1)와, 제2 촬상 소자 내접원 중심과 온 칩·마이크로·렌즈 중심 사이의 거리(d2)와, 제3 촬상 소자 내접원 중심과 온 칩·마이크로·렌즈 중심 사이의 거리(d3)가 작은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The pixel,
A first imaging element,
A second imaging element,
A third imaging element,
With on-chip micro-lens,
The distance (d4) between the center of the first electrode inscribed circle and the center of the on-chip / micro-lens, or the distance (d5) between the center of the floating diffusion region inscribed and the center of the on-chip / micro-lens, and the center of the electrode inscribed for charge accumulation The distance (d1) between the on-chip micro-lens center, the distance (d2) between the second imaging element inscribed circle center and the on-chip micro-lens center, and the third imaging element inscribed circle center and the on-chip micro-lens A solid-state imaging device characterized in that the distance between the centers (d3) is small.
상기 제1 촬상 소자에 전기적으로 접속한 제1 부유 확산 영역과,
제2 촬상 소자와,
상기 제2 촬상 소자에 전기적으로 접속한 제2 부유 확산 영역과,
제3 촬상 소자와,
상기 제3 촬상 소자에 전기적으로 접속한 제3 부유 확산 영역과,
온 칩·마이크로·렌즈를 구비한 화소를 가지며,
상기 제1 촬상 소자는, 제1 전극과, 제3 전극과, 상기 제1 및 제3 전극에 대향하는 제2 전극을 구비하고,
상기 제1 내지 제3 부유 확산층의 각각의 중심의 어느 것도, 상기 제3 전극의 내접원보다도 외측, 또는, 상기 제3 전극의 외형선보다도 외측, 또는, 상기 제3 전극의 외접원보다도 외측에 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.A first imaging element,
A first floating diffusion region electrically connected to the first imaging element,
A second imaging element,
A second floating diffusion region electrically connected to the second imaging element,
A third imaging element,
A third floating diffusion region electrically connected to the third imaging element,
Has a pixel with on-chip micro-lens,
The first imaging element includes a first electrode, a third electrode, and a second electrode opposite to the first and third electrodes,
Any one of the centers of the first to third floating diffusion layers is disposed outside the inscribed circle of the third electrode, outside the outline of the third electrode, or outside the outside circle of the third electrode. A solid-state imaging device characterized by being present.
제2 촬상 소자와,
상기 제2 촬상 소자에 전기적으로 접속한, 제1 전송 트랜지스터 및 제1 리셋 트랜지스터 및 제1 선택 트랜지스터와,
제3 촬상 소자와,
상기 제3 촬상 소자에 전기적으로 접속한, 제2 전송 트랜지스터 및 제2 리셋 트랜지스터 및 제2 선택 트랜지스터와,
온 칩·마이크로·렌즈를 구비한 화소를 가지며,
상기 제1 촬상 소자는, 제1 전극과, 제3 전극과, 상기 제1 및 제3 전극에 대향하는 제2 전극을 구비하고,
상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이의 최소 거리보다도, 상기 제1 및 제2 전송 트랜지스터와 상기 제1 및 제2 리셋 트랜지스터와 상기 제1 및 제2 선택 트랜지스터에서 최소가 되는 채널 길이의 쪽이 짧은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.A first imaging element,
A second imaging element,
A first transfer transistor, a first reset transistor, and a first selection transistor electrically connected to the second imaging element;
A third imaging element,
A second transfer transistor, a second reset transistor, and a second selection transistor electrically connected to the third imaging element,
Has a pixel with on-chip micro-lens,
The first imaging element includes a first electrode, a third electrode, and a second electrode opposite to the first and third electrodes,
The channel length that becomes the minimum in the first and second transfer transistors, the first and second reset transistors, and the first and second selection transistors is smaller than the minimum distance between the third electrode and the first electrode. A solid-state imaging device characterized by being short.
제1 촬상 소자와,
제2 촬상 소자와,
제3 촬상 소자와,
온 칩·마이크로·렌즈를 구비하고,
상기 제1 촬상 소자는,
제1 전극과, 제3 전극과, 상기 제1 및 제3 전극에 대향하는 제2 전극을 구비하고,
상기 제3 전극의 면적은, 상기 제3 촬상 소자보다도 큰 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.Within the pixel,
A first imaging element,
A second imaging element,
A third imaging element,
With on-chip micro-lens,
The first imaging element,
A first electrode, a third electrode, and a second electrode opposite to the first and third electrodes are provided.
The area of the third electrode is larger than that of the third imaging element.
상기 제3 전극의 면적은, 상기 제2 촬상 소자보다도 작은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method of claim 5,
The area of the third electrode is smaller than that of the second imaging element.
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